Квантовые материалы

Квантовые материалы — это общий термин в физике конденсированного состояния , который охватывает все материалы, основные свойства которых не могут быть описаны в терминах квазиклассических низкого уровня частиц и квантовой механики . ^{[ 1 ]} Это материалы, которые обладают сильными электронными корреляциями или некоторым типом электронного порядка, например, сверхпроводящие или магнитные порядки, или материалы, электронные свойства которых связаны с нетиповыми квантовыми эффектами – топологические изоляторы , электронные системы Дирака , такие как графен , а также системы чьи коллективные свойства управляются истинно квантовым поведением, например, ультрахолодные атомы , холодные экситоны , поляритоны и так далее. На микроскопическом уровне четыре фундаментальные степени свободы – заряд, спин, орбита и решетка – переплетаются, что приводит к сложным электронным состояниям; ^{[ 1 ]} концепция эмерджентности является общей нитью в изучении квантовых материалов. ^{[ 2 ]}

Квантовые материалы демонстрируют загадочные свойства, не имеющие аналогов в макроскопическом мире: квантовая запутанность, квантовые флуктуации, устойчивые граничные состояния, зависящие от топологии объемных волновых функций материалов и т. д. ^{[ 1 ]} Квантовые аномалии, такие как киральный магнитный эффект, связывают некоторые квантовые материалы с процессами в физике высоких энергий кварк-глюонной плазмы . ^{[ 3 ]}

История

статью В 2012 году Джозеф Оренштейн опубликовал в журнале Physics Today о «сверхбыстрой спектроскопии квантовых материалов». ^{[ 4 ]} Оренштейн заявил:

Квантовые материалы — это ярлык, который стал обозначать область физики конденсированного состояния, ранее известную как сильно коррелированные электронные системы. Хотя эта область широка, объединяющей темой является открытие и исследование материалов, электронные свойства которых невозможно понять с помощью концепций современных учебников по конденсированному состоянию.

В качестве парадигматического примера Оренштейн приводит нарушение теории ферми-жидкости Ландау из-за сильных корреляций. Использование термина «квантовые материалы» было расширено и применено к другим системам, таким как топологические изоляторы и электронные материалы Дирака. Этот термин приобрел популярность после публикации статьи «Рост квантовых материалов» в журнале Nature Physics в 2016 году. ^{[ 2 ]} Цитирую:

на тривиальном уровне все материалы существуют благодаря законам квантовой механики, и есть циники, которые в частном порядке задаются вопросом, не слишком ли широкое и запоминающееся описание само по себе. Но, учитывая историю физики конденсированного состояния, которую мы только что изложили, есть веские причины принять квантовые материалы. По сути, они обеспечивают общую нить, связывающую разрозненные сообщества исследователей, работающих над множеством проблем на стыке физики, материаловедения и инженерии.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с Кава, Роберт; де Леон, Натали; xie3, Вэйвэй (10 марта 2021 г.). «Введение: квантовые материалы» . Химические обзоры . 121 (5): 2777–2779. doi : 10.1021/acs.chemrev.0c01322 . ISSN 0009-2665 . ПМИД 33715377 . {{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б «Расцвет квантовых материалов» . Физика природы . 12 (2): 105. 1 февраля 2016 г. Бибкод : 2016NatPh..12..105. . дои : 10.1038/nphys3668 . ISSN 1745-2473 .
^ Харзеев, Дмитрий Е. (1 марта 2014 г.). «Киральный магнитный эффект и аномально-индуцированный транспорт» . Прогресс в области физики элементарных частиц и ядерной физики . 75 : 133–151. arXiv : 1312.3348 . Бибкод : 2014ПрНП..75..133К . дои : 10.1016/j.ppnp.2014.01.002 . ISSN 0146-6410 . S2CID 118508661 .
^ Оренштейн, Джозеф (31 августа 2012 г.). «Сверхбыстрая спектроскопия квантовых материалов». Физика сегодня . 65 (9): 44–50. Бибкод : 2012PhT....65i..44O . дои : 10.1063/PT.3.1717 .

[:0-1] Jump up to: ^а ^б ^с Кава, Роберт; де Леон, Натали; xie3, Вэйвэй (10 марта 2021 г.). «Введение: квантовые материалы» . Химические обзоры . 121 (5): 2777–2779. doi : 10.1021/acs.chemrev.0c01322 . ISSN 0009-2665 . ПМИД 33715377 . {{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[rise_of_quantum_materials-2] Jump up to: ^а ^б «Расцвет квантовых материалов» . Физика природы . 12 (2): 105. 1 февраля 2016 г. Бибкод : 2016NatPh..12..105. . дои : 10.1038/nphys3668 . ISSN 1745-2473 .

[3] Харзеев, Дмитрий Е. (1 марта 2014 г.). «Киральный магнитный эффект и аномально-индуцированный транспорт» . Прогресс в области физики элементарных частиц и ядерной физики . 75 : 133–151. arXiv : 1312.3348 . Бибкод : 2014ПрНП..75..133К . дои : 10.1016/j.ppnp.2014.01.002 . ISSN 0146-6410 . S2CID 118508661 .

[4] Оренштейн, Джозеф (31 августа 2012 г.). «Сверхбыстрая спектроскопия квантовых материалов». Физика сегодня . 65 (9): 44–50. Бибкод : 2012PhT....65i..44O . дои : 10.1063/PT.3.1717 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]