Пирс Коулман
Пирс Коулман | |
---|---|
![]() Коулман в 2018 году | |
Рожденный | 1958 (65–66 лет) |
Образование | Челтнемская гимназия |
Альма-матер | Кембриджский университет Принстонский университет |
Известный | Подчиненный бозон , квантовая критичность , тяжелых фермионов сверхпроводимость [1] |
Научная карьера | |
Поля | Теория конденсированного состояния |
Учреждения | Университет Рутгерса Ройал Холлоуэй, Лондонский университет |
Докторантура | Филип В. Андерсон |
Пирс Коулман (1958 г.р.) [ нужна ссылка ] — британский физик-теоретик , работающий в области теоретической физики конденсированного состояния . [2] Коулман — профессор физики в Университете Рутгерса в Нью-Джерси и в Королевском Холлоуэе Лондонского университета .
Образование и карьера [ править ]
![]() |
Коулман вырос в Челтнеме, Англия , где он посещал Челтнемскую гимназию , которую окончил в 1976 году. Он закончил бакалавриат в Тринити-колледже в Кембридже , изучая естественные науки и математику, часть III, под руководством Гилберта Лонзарича . В 1980 году он выиграл стипендию Джейн Элизы Проктер в Принстонском университете, где изучал теоретическую физику конденсированного состояния. [3] с Филипом Уорреном Андерсоном . Среди современников, обучавшихся в аспирантуре Принстона по физике, были Габриэль Котлиар , Кумрун Вафа , Натан Мирволд и Дженнифер Чейес . Ему была присуждена стипендия младшего научного исследования в Тринити-колледже в Кембридже , которую он занимал с 1983 по 1988 год. С 1984 по 1986 год он работал научным сотрудником в Институте теоретической физики Кавли в Санта-Барбаре . В 1987 году он поступил на факультет Университета Рутгерса . С 2010 года он также занимал должность заведующего кафедрой теоретической физики конденсированного состояния Лондонского университета в Ройял Холлоуэй Лондонского университета . В 2011 году Пирс Коулман сменил Дэвида Пайнса на посту директора Института сложной адаптивной материи . [4]
Исследования [ править ]
Коулман известен своими работами, связанными с сильно коррелированными электронными системами, и в частности, исследованием магнетизма , сверхпроводимости и топологических изоляторов . Он является автором популярного текста «Введение в физику многих тел» .
В начале своей карьеры в Принстонском университете Коулман работал над проблемой флуктуаций валентности в твердых телах. В 1960-х годах физик Джон Хаббард представил математический оператор «оператор Хаббарда». [5] для описания ограниченных флуктуаций валентности между двумя зарядовыми состояниями иона. В 1983 году Коулман изобрел с подчиненным бозоном : формулировку операторов Хаббарда [6] который включает факторизацию оператора Хаббарда на канонический фермион и бозон . Использование канонических фермионов позволилооператоры Хаббарда, которые следует рассматривать в рамках теоретико-полевого подхода, [7] что позволило впервые решить проблему тяжелых фермионов в рамках среднего поля. С тех пор подход ведомого бозона широко применялся к сильно коррелированным электронным системам и оказался полезным при разработке теории резонирующих валентных связей (RVB) высокотемпературной сверхпроводимости. [8] [9] и понимание соединений тяжелых фермионов . [10]
В Рутгерсе он заинтересовался взаимодействием магнетизма с сильными электронными корреляциями. Вместе с Натаном Андреем он адаптировал теорию резонирующих валентных связей высокотемпературной сверхпроводимости. [8] к тяжелой фермионной сверхпроводимости . [11] В 1990 году вместе с Анатолием Ларкиным и Преми Чандрой они исследовали влияние тепловых и нулевых магнитных флуктуаций на двумерные фрустрированные магниты Гейзенберга. [12] Принято считать, что из-за теоремы Мермина-Вагнера двумерные магниты Гейзенберга не способны развивать какую-либо форму дальнего порядка . Чандра, Коулман и Ларкин продемонстрировали, что фрустрация может привести к фазовому переходу Изинга с конечной температурой в полосатое состояние с дальним спин-нематическим порядком. Сейчас известно, что такого рода порядок развивается в высокотемпературных сверхпроводниках на основе железа . [13]
Работая с Алексеем Цвеликом , Коулман осуществил некоторые из первых применений майорановских фермионов к проблемам конденсированного состояния. В 1992 годуКоулман, Миранда и Цвелик исследовали применение майорановского представления спинов. к решетке Кондо, показывая, что если локальные моменты фракционируются как фермионы Майорана, а не как фермионы Дирака, результирующее основное состояние будетсверхпроводник с нечетной частотой. [14] [15] Работая с Эндрю Шофилдом и Алексеем Цвеликом, они позже разработали модель, объясняющую необычные свойства магнитосопротивления высокотемпературных сверхпроводников в их нормальном состоянии, в которых электроны дробятся на Майорановские фермионы. [16]
В конце 1990-х годов Коулман заинтересовался нарушением поведения ферми-жидкости в квантовой критической точке . Работая с Габриэлем Эппли и Гильбертом фон Лёнейсеном, они продемонстрировали установленное наличие локальных квантовых критических флуктуаций в квантово-критическом металле CeCu 6-x Au x , идентифицированных как следствие нарушения эффекта Кондо , сопровождающего развитие магнетизма. . [17] Это привело к предсказанию, что поверхность Ферми будет прерывисто изменяться в квантовой критической точке: [18] результат, позже обнаруженный при настройке квантовой критичности в материале YbRh 2 Si 2 [19] и в настроенной под давлением квантовой критичности в материале CeRhIn 5 . [20]
После открытия топологических изоляторов Коулман заинтересовался, может ли топологическое изолирующее поведение существовать в материалах с сильной корреляцией. В 2008 году командаМаксим Дзеро, Кай Сан, Виктор Галицкий и Пирс Коулман предсказали, что класс изоляторов Кондо может развивать топологическое основное состояние, предложив гексаборид самария (SmB 6 ) в качестве топологического изолятора Кондо. [21] Наблюдение развития устойчивых проводящих поверхностных состояний в SmB 6 согласуется с этим ранним предсказанием. [22] [23]
Среди известных бывших студентов-исследователей и постдокторантов его группы — Ян Ричи , [24] Эдуардо Миранда , [25] Эндрю Шофилд , Максим Дзеро , [26] Андрий Невидомский [27] и Ребекка Флинт [28]
Личная жизнь [ править ]
Пирс Коулман женат на американском физике-теоретике Премале Чандре , у них двое сыновей. Он старший брат музыканта и композитора Джаза Коулмана . [29]
Научная деятельность [ править ]
Вместе со своим младшим братом Джазом Коулман работал над сайтом Music of the Quantum , посвященным концертам и физике . На концерте представлены произведения Джаза Коулмана , основанные на таких темах физики, как квантовая критичность, эмерджентность и нарушение симметрии. Они выступили с «Музыкой квантов» в Вифлеемской капелле в Праге и в Колумбийском университете в Нью-Йорке . [29] Он также снял короткометражный документальный фильм «Появление» с Полом Чайкиным в рамках серии Анненберга «Физика в 21 веке». [30]
Награды и почести [ править ]
Коулман был награжден стипендией Слоана в 1988 году. В 2002 году он был избран членом Американского физического общества «за новаторские подходы к теории сильно коррелированных электронных систем». [31] В 2018 году он был избран в правление Аспенского центра физики . Его исследования поддерживаются Национальным научным фондом, отделом теории материалов, и Департаментом энергетики, отделом фундаментальных энергетических наук.
Книги [ править ]
- Коулман, Пирс (2015). Введение в физику многих тел . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521864886 .
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ «Профиль автора Пирса Коулмана» . Физика — Пирс Коулман . Американское физическое общество . Проверено 31 января 2011 г.
- ^ «Квантово-механический триплет может привести к сверхпроводимости при высоких температурах» . Азонано . АЗНанотехнологии. 22 июля 2008 г. Проверено 31 января 2011 г.
- ^ «Индекс выпускников Принстонского университета, 1839–1998 гг.» .
- ^ «Директора Института сложной адаптивной материи (ICAM)» .
- ^ Хаббард, Дж. (1964). «Электронные корреляции в узких энергетических зонах. II. Случай вырожденной зоны». Труды Лондонского королевского общества. Серия А. Математические и физические науки . 277 (1369): 237–259. Бибкод : 1964RSPSA.277..237H . дои : 10.1098/rspa.1964.0019 . S2CID 122573530 .
- ^ Коулман, Пирс (1984). «Новый подход к проблеме смешанной валентности». Физический обзор B . 29 (6): 3035–3044. Бибкод : 1984PhRvB..29.3035C . дои : 10.1103/PhysRevB.29.3035 .
- ^ Рид, Н.; Ньюнс, DM (1983). «Новый функциональный интегральный формализм для вырожденной модели Андерсона». Журнал физики C: Физика твердого тела . 16 (29): Л1055–Л1060. Бибкод : 1983JPhC...16.1055R . дои : 10.1088/0022-3719/16/29/007 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Андерсон, PW; Баскаран, Г.; Цзоу, З.; Сюй, Т. (1987). «Резонансно-валентная теория фазовых переходов и сверхпроводимости в соединениях на основе La2CuO4». Письма о физических отзывах . 58 (26): 2790–2793. Бибкод : 1987PhRvL..58.2790A . doi : 10.1103/PhysRevLett.58.2790 . ПМИД 10034850 .
- ^ Котляр, Габриэль; Лю, Цзялин (1988). «Механизм сверхобмена и d-волновая сверхпроводимость». Физический обзор B . 38 (7): 5142–5145. Бибкод : 1988PhRvB..38.5142K . дои : 10.1103/PhysRevB.38.5142 . ПМИД 9946940 .
- ^ Миллис, Эй Джей; Ли, Пенсильвания (1986). «Разложение по большим орбитальным вырождениям для решеточной модели Андерсона». Физический обзор B . 35 (7): 3394–3414. дои : 10.1103/PhysRevB.35.3394 . ПМИД 9941843 .
- ^ Коулман, П.; Андрей Н. (1989). «Кондостабилизированные спиновые жидкости и сверхпроводимость тяжелых фермионов». Физический журнал: конденсированное вещество . 1 (26). Институт физики: 4057–4080. Бибкод : 1989JPCM....1.4057C . дои : 10.1088/0953-8984/26.01.003 .
- ^ Чандра, П.; Коулман, П.; Ларкин, А.И. (1990). «Переход Изинга в неудовлетворительных моделях Гейзенберга». Письма о физических отзывах . 64 (1): 88–91. Бибкод : 1990PhRvL..64...88C . doi : 10.1103/PhysRevLett.64.88 . ПМИД 10041280 .
- ^ Сюй, Ценке; Мюллер, Маркус; Сачдев, Субир (2008). «Изинговские и спиновые порядки в сверхпроводниках на основе железа». Физический обзор B . 79 (2): 020501(Р). arXiv : 0804.4293 . Бибкод : 2008PhRvB..78b0501X . doi : 10.1103/PhysRevB.78.020501 . S2CID 6815720 .
- ^ Коулман, П.; Миранда, Э.; Цвелик, А. (1993). «Возможная реализация нечетночастотного спаривания в соединениях тяжелых фермионов». Письма о физических отзывах . 70 (19): 2960–2963. arXiv : cond-mat/9302018 . Бибкод : 1993PhRvL..70.2960C . doi : 10.1103/PhysRevLett.70.2960 . ПМИД 10053697 . S2CID 17236854 .
- ^ Коулман, П.; Миранда, Э.; Цвелик, А. (1994). «Спаривание нечетных частот в решетке Кондо». Физический обзор B . 49 (13): 8955–8982. arXiv : cond-mat/9305017 . Бибкод : 1994PhRvB..49.8955C . дои : 10.1103/PhysRevB.49.8955 . ПМИД 10009677 . S2CID 16281393 .
- ^ Коулман, П.; Шофилд, Эй Джей; Цвелик, А.М. (1996). «Феноменологическое уравнение переноса купратных металлов». Письма о физических отзывах . 76 (8): 1324–1327. arXiv : cond-mat/9602001 . Бибкод : 1996PhRvL..76.1324C . дои : 10.1103/PhysRevLett.76.1324 . ПМИД 10061692 . S2CID 44549797 .
- ^ Шредер, А.; Эппли, Г.; Колдеа, Р.; Адамс, М.; Стокерт, О.; Лёнейсен, Хв; Бучер, Э.; Рамазашвили Р.; Коулман, П. (2000). «Начало антиферромагнетизма в тяжелых фермионных металлах». Природа . 407 (6802): 351–355. arXiv : cond-mat/0011002 . Бибкод : 2000Natur.407..351S . дои : 10.1038/35030039 . ПМИД 11014185 . S2CID 4414169 .
- ^ Коулман, П.; Пепен, К.; Си, Цимяо; Рамазашвили, Р. (2001). «Как ферми-жидкости становятся тяжелыми и умирают?». Физический журнал: конденсированное вещество . 13 (35): Р723–Р738. arXiv : cond-mat/0105006 . дои : 10.1088/0953-8984/13/35/202 . S2CID 15940806 .
- ^ Пашен, С.; Люманн, Т.; Вирт, С.; Гегенварт, П.; Троварелли, О.; Гейбель, К.; Стеглич, Ф.; Коулман, П.; Си, К. (2004). «Эволюция эффекта Холла в критической точке квантовой точки тяжелых фермионов». Природа . 432 (7019): 881–885. arXiv : cond-mat/0411074 . Бибкод : 2004Natur.432..881P . дои : 10.1038/nature03129 . ПМИД 15602556 . S2CID 4415212 .
- ^ Шишидо, Хироаки; Сеттай, Рикио; Харима, Хиатомо; Онуки, Ёсичика (2005). «Резкое изменение поверхности Ферми при критическом давлении в CeRhIn 5: исследование dHvA под давлением». Журнал Физического общества Японии . 74 (4): 1103–1106. Бибкод : 2005JPSJ...74.1103S . дои : 10.1143/JPSJ.74.1103 .
- ^ Дзеро, Максим; Сан, Кай; Галицкий, Виктор; Коулман, Пирс (2010). «Топологические изоляторы Кондо». Письма о физических отзывах . 104 (10): 106408. arXiv : 0912.3750 . Бибкод : 2010PhRvL.104j6408D . doi : 10.1103/PhysRevLett.104.106408 . ПМИД 20366446 . S2CID 119270507 .
- ^ Райх, Евгения Сэмюэл (2012). «Появляются надежды на экзотический изолятор» . Природа . 492 (7428): 165. Бибкод : 2012Natur.492..165S . дои : 10.1038/492165a . ПМИД 23235853 .
- ^ Волчовер, Натали (2 июля 2015 г.). «Парадоксальный кристалл ставит в тупик физиков» . Журнал Кванта .
- ^ «Иэн Ричи — Королевская инженерная академия» .
- ^ "Обо мне" . 6 января 2014 г.
- ^ «Максим Дзеро | Физика | Кентский государственный университет» .
- ^ «An9 | Физика и астрономия | Университет Райса» .
- ^ «Ребекка Флинт» . Архивировано из оригинала 02 сентября 2019 г. Проверено 15 июля 2022 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Томлин, Сара (2 сентября 2004 г.). «Братья по искусству» . Природа . 431 (7004): 14–16. дои : 10.1038/431014a . ПМИД 15343304 . S2CID 4379887 .
- ^ Коулман, Пирс; Чайкин, Павел (2010). «Эмерджентное поведение в квантовой материи» . Анненбургский ученик .
- ^ APS Fellows, 1995-настоящее время , Американское физическое общество . По состоянию на 21 июля 2011 г.
Внешние ссылки [ править ]
- Официальный сайт
- Quantum Музыка сайта
- Американские физики XXI века
- Американские физики XX века
- Британские физики XX века
- Британские физики XXI века
- Члены Американского физического общества
- Преподаватели Университета Рутгерса
- Живые люди
- 1958 рождений
- Физики-теоретики
- Английские эмигранты в США
- Американские физики конденсированного состояния
- Выпускники Кембриджского университета
- Выпускники Принстонского университета
- Ученые из Челтнема
- Американские писатели научно-популярной литературы XXI века
- Английские писатели научно-популярной литературы XXI века
- Англичане бенгальского происхождения
- Американцы бенгальского происхождения
- Академики Ройал Холлоуэй, Лондонский университет
- Сотрудники Аспенского центра физики