Разделение спина и заряда
В конденсированного состояния физике разделение спина и заряда — это необычное поведение электронов в некоторых материалах, в котором они «расщепляются» на три независимые частицы: спинон , орбитон и холон (или чаргон). Электрон всегда можно теоретически рассматривать как связанное состояние из трех: спинон несет спин электрона, орбитон несет орбитальную степень свободы, а чаргон несет заряд , но в определенных условиях они могут вести себя как независимые квазичастицы. .
Теория разделения спина и заряда берет свое начало в работе Син-Итиро Томонаги, который в 1950 году разработал приближенный метод рассмотрения одномерных взаимодействующих квантовых систем. [1] Затем это было развито Хоакином Маздаком Латтинджером в 1963 году с точно решаемой моделью, демонстрирующей разделение спина и заряда. [2] В 1981 году Ф. Дункан М. Холдейн обобщил модель Латтинджера на жидкости Томонаги-Латтинджера. концепцию [3] посредством чего теоретически было показано, что физика модели Латтинджера является общей чертой всех одномерных металлических систем. Хотя Холдейн рассматривал бесспиновые фермионы, расширение фермионов со спином ½ и связанное с ним разделение спина и заряда было настолько ясным, что обещанная дополнительная статья не появилась.
Разделение спина и заряда — одно из самых необычных проявлений концепции квазичастиц . Это свойство противоречит здравому смыслу, поскольку ни спинон с нулевым зарядом и половиной спина, ни чаргон с зарядом минус единица и нулевым спином не могут быть построены как комбинации электронов, дырок , фононов и фотонов , которые являются составляющими системы. . Это пример фракционализации — явления, при котором квантовые числа квазичастиц не кратны квантовым числам элементарных частиц, а являются дробями. [ нужна ссылка ]
Те же теоретические идеи были применены в рамках ультрахолодных атомов . В двухкомпонентном бозе-газе в 1D сильные взаимодействия могут привести к максимальной форме разделения спина и заряда. [4]
Наблюдение
[ редактировать ]Опираясь на теорию физика Ф. Дункана М. Холдейна 1981 года, эксперты из Кембриджского и Бирмингемского университетов экспериментально доказали в 2009 году, что масса электронов, искусственно удерживаемых вместе в небольшом пространстве, будет расщепляться на спиноны и холоны из-за интенсивности их взаимодействия. взаимное отталкивание (от наличия одинакового заряда). [5] [6] Группа исследователей, работающая в Усовершенствованном источнике света (ALS) Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США, наблюдала пиковые спектральные структуры разделения спин-заряд три года назад. [7]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Томонага, С.-и. (1950). «Замечания о методе звуковых волн Блоха применительно к многофермионным задачам» . Успехи теоретической физики . 5 (4): 544. Бибкод : 1950PThPh...5..544T . дои : 10.1143/ptp/5.4.544 .
- ^ Латтинджер, Дж. М. (1963). «Точно решаемая модель многофермионной системы». Журнал математической физики . 4 (9): 1154. Бибкод : 1963JMP.....4.1154L . дои : 10.1063/1.1704046 .
- ^ Холдейн, FDM (1981). « Теория жидкости Латтинджера» одномерных квантовых жидкостей. I. Свойства модели Латтинджера и их распространение на общий одномерный взаимодействующий бесспиновый ферми-газ». Журнал физики C: Физика твердого тела . 14 (19): 2585. Бибкод : 1981JPhC...14.2585H . дои : 10.1088/0022-3719/14/19/010 .
- ^ «Оптические решетки разделения спин-заряд» . Optical-lattice.com . Проверено 11 июля 2016 г.
- ^ «Великобритания | Англия | Физики «заставляют электроны расщепляться» » . Новости Би-би-си. 28 августа 2009 г. Проверено 11 июля 2016 г.
- ^ Открытие поведения строительных блоков природы может привести к компьютерной революции . Science Daily (31 июля 2009 г.)
- ^ Яррис, Линн (13 июля 2006 г.). «Первые прямые наблюдения спинонов и холонов» . Lbl.gov . Проверено 11 июля 2016 г.