Međunarodna skupina fizičara uspješno je stvorila usamljeni spinon – neočekivani kvantni kvazičije postojanje mijenja naše razumijevanje magnetizma i otvara nove mogućnosti za kvantne proračune.
Izvor: chatgpt/efzeplied eugenio M. Fernández agualarfysik, pisac i popularizator znanosti.
Nisu sva revolucionarna otkrića u fizici praćena velikim uređajima ili složenim eksperimentima. Ponekad može neočekivano jednostavna ideja da promijenimo naše razumijevanje nečega tako uobičajenog kao magnetizams . Nedavno istraživanje međunarodne skupine fizičara pokazalo je da se pod određenim uvjetima može pojaviti kvantni To se prethodno smatralo postojanjem samo u parovima: usamljeni spinon .
Ovo otkriće, objavljeno u prestižnom časopisu Pisma fizičkog pregledaNe samo da rješava dugotrajnu zagonetku čvrste fizike, već otvara i put budućim primjenama u kvantnim proračunima i naprednim magnetskim materijalima. Kao što objašnjavaju autori studije, to su pokazali Jedan spinon može se pojaviti na kontrolirani način u teorijskom modelu poznatom kao jednodimenzionalni heisenberški lanac . Do sada su ta uzbuđenja primijećena samo u parovima. Sama činjenica otkrivanja jednog spinona predstavlja promjenu u paradig. Potvrđena je teorijski pristup kvantnoj entropiji iznenađujućim fenomenom: kvazi -dio nestaje u kritičkoj točki.eugenio M. Fernández aguilar
Čestica koja nije čestica
U kvantnoj fizici postoje entiteti koji nisu čestice u klasičnom smislu, već se ponašaju kao da jesu. Zove se kvazi A Spinon je jedan od njih. To je pobuda koja ima spin (kvantno svojstvo slično zamahu) bez električnog naboja. Stoga je vrsta “fragmenta” elektronakoji zadržava spin, ali ne i naboj.
Zanimljivo je da se ovaj spinon događa u vrlo specifičnim magnetskim materijalima, posebno u onima gdje elektroni snažno djeluju jedni s drugima. U tim okruženjima Jesu li kvantni efekti toliko intenzivni da kolektivno ponašanje elektrona dovodi do potpuno novih pojava kao da je elektron podijeljen na pojedinačne komponente . Spinon je jedna od tih komponenti i bio je teorijski i eksperimentalni zadatak već nekoliko desetljeća.
Shematski prikaz načina stvaranja različitih uzbuđenja u kvantnim okretnim lancima: od magnona do zavrtnje do (a) do dva spinona koji su podijeljeni u antiferomagnetsku mrežu (b), a na kraju i jedan spinon koji se javlja prilikom dodavanja drugog spina i pomiče se između zapletenih parova (C).
Model koji nam je omogućio da “vidimo” pojedinačni spin
Da bi razumjeli kako se stvara ovaj fenomen, znanstvenici su koristili dobro poznati teorijski model: Jedan -dimenzionalni antiferomagnetski heisenberg string . U ovom se sustavu elektron vrti naizmjenično prema orijentaciji – jedan gore, drugi dolje – i nalaze se u stanju kvantnog ulaza. Ovaj je model matematički riješio Hans Bet 1931. godine, ali mnoge su njegove fizičke posljedice shvaćene nakon nekog vremena.
Novi proboj temelji se na upotrebi jednostavne, ali učinkovite metode: Dodajući još jedan spin u niz u svom osnovnom stanjuto jest, bez promjene svojih početnih uvjeta. Iznenađujuće je da je ova mala promjena dovoljna za stvaranje pobude koja se ponaša poput jednog spina i ima sva očekivana svojstva ovog kvazi -dijela, uključujući njegovu specifičnu disperziju energije.
Prema autorima ‘Pokažite kako se jedan spin može uzbuđivati dodavanjem dodatnog spina u osnovno stanje“. Ova strategija ne zahtijeva složene manipulacije ili nerealne pretpostavke, što potvrđuje njegovu važnost kao konceptualni i potencijalno eksperimentalni alat.
Novi način tumačenja magnetizma
Spinoni se dugo smatraju neizbježnom posljedicom određenih magnetskih uzbuđenja, ali uvijek se događalo u parovima. Promjena koju donosi ova studija je mogućnost dobivanja i opisa izolirani spinonšto omogućava jasnije tumačenje njegove prirode.
Rad također odbija široku ideju da se spinon može uvesti kao “zid domene” koji se kreće u raspoređenoj magnetskoj mreži ne -roda. Autori to jasno izjavljuju “Ova poboljšana slika ne može se koristiti na spinonu“Umjesto toga, oni predlažu precizniju ideju da se Spinon kreće kao zasebni spin u stanju valencije – vrstu konfiguracije u kojoj su okretnice uparene u redovnom, ali kvantnom isprepletenom rasporedu.
Ključ dešifriranja je kvantna povezanost osnovnog stanja. Ponašanje spinona nije uzrokovano samo uzbuđenje, već duboko po strukturi zadanog stanjašto dovodi do važnog zaključka: Svojstva kvazi dijela određena su vrstom kvantnih korelacija prisutnih u osnovnom sustavu.
Još jedno izvanredno otkriće istraživanja je specifična disperzija energije jednog spinonaTako se njegova energija mijenja ovisno o impulsu. Za razliku od mnogih drugih čestica ili kvazi dijela, spinon može postojati samo u polovica dopuštenog prostora za impuls . Ovo ograničenje nije proizvoljno: daje se činjenicom da u određenim područjima je norma njegove valne funkcije koja se približava nuli što znači da u tim uvjetima jednostavno ne može postojati .
Prema članku “Spinon raspršivanje događa se samo u prvoj polovici Zone Brillouin”, a ta je značajka uzrokovana kvantnom interkonekcijom prisutnom u osnovnom stanju sustava. Ovo opažanje nije puka matematička znatiželja, već pokazatelj toga Koliko su duboko svojstva spinona povezana sa strukturom sustava koji ga stvara .
Pored toga, ovisnost između energije spin i pulsa je linearna pri niskim energijamašto je karakteristično za relativističke čestice poput fotona. To potvrđuje njegovu temeljnu prirodu i postavlja zanimljiva pitanja o njegovoj ulozi u drugim složenijim kvantnim sustavima.
Eksperimentalna potvrda i daljnji smjer
Iako je rad Kulkija, Panfila, Bercha i Wolffa teoretski, njihova su predviđanja već potvrđena eksperimentalnim rezultatima. Nezavisna skupina uspjela je promatrati Jedini val koji stoji u spin lancu temeljenom na nanografijama Korištenje naprednih metoda kao što je skeniranje mikroskopije tunela.
Ova izravna provjera bitan je korak koji pokazuje da Fizika pojedinih spinona nije samo teorijska znatiželjaAli prema stvarnosti dostupnoj u stvarnim sustavima. Mogućnost generiranja, manipuliranja i proučavanja tih država u laboratorijskim uvjetima otvara nove mogućnosti za kvantni proračuniRazvoj materijala s jedinstvenim magnetskim svojstvima i istraživanje egzotičnih kvantnih uvjeta.
Prema autorima, “ovaj je postupak univerzalan i može se koristiti za bilo koji model dimenzionalnog spina”. Oni čak pretpostavljaju da se metoda može proširiti na višedimenzionalne sustave, iako i dalje zahtijeva daljnja istraživanja.
Drugi dio složenih kvantnih zagonetki
Otkrivanje jednog spinona ne samo da nadopunjuje teorijsku sliku koja je oblikovana desetljećima, već služi i kao primjer kako kvantna fizika i dalje poziva na našu intuiciju. Ono što se činilo ograničenjem – nužnost parova spinona – pokazalo se samo kao nepotpuni modeli ili previše klasična aproksimacija.
Ovo otkriće omogućava vam da napravite općenitiji zaključak: Nova svojstva kolektivnih kvantnih sustava ne mogu se razumjeti bez uzimanja u obzir njihove zamršenosti . Spinon nije izolirani entitet, već manifestacija cjelokupnog stanja sustava.
Osim izravne uporabe, ova studija nudi važnu lekciju: Kvantna fizika ne samo da mijenja našu tehnologiju, već i mijenja način na koji razmišljamo o stvarnosti .
