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最新打破能否发现量子自旋液体中,非常规的自旋输运?

来自东京工业大学和横滨国立大学的科学家发现:自旋微扰穿过量子自旋液体体系看似无法经过区域的特别机制,这一新见地或许代表着下一代电子学乃至量子计算机的另一块柱石。现在电子设备现已挨近理论极限,这意味着将需求全新技能来取得更好的功能和更高的小型化。问题是,现代电子学以操作电流为中心,因而首要重视运动电子的团体电荷。

可是,我们信号和数据能够以更有用的办法编码和发送,状况会怎样呢?进入自旋电子学,这是一个新式的技能领域,旨在给电子学带来革命性的改变,并有望成为量子计算机开展的要害参与者。在自旋电子器件中,电子最重要的特征是自旋,这是一种本征性质,能够广泛地视为它们的角动量,这也是固体中磁现象的根本原因。但是,世界各地物理学家都在尽力寻觅经过资料产生和传输“自旋数据包”的有用办法。

在最新的一项研讨中,日本东京工业大学和横滨国立大学科学家们对一种名为Kitaev模型的特别体系的特别自旋输运特性进行了理论剖析。这个二维模型包含一个蜂窝网络,其间每个极点都有一个自旋。Kitaev体系的特别之处在于,因为自旋之间的特别相互作用,它表现为量子自旋液体(QSL)。这大体上意味着,在这个体系中:“旋转不或许以共同的最佳办法组织,让每一个旋转都坚持愉快”。

这种现象被称为自旋受挫,导致自旋的行为特别无序。领导这项研讨的古贺明久(Akihisa Koga)教授说:基塔耶夫模型是研讨量子自旋液体的一个风趣游乐场,但是对它风趣的自旋输运特性知之甚少。基塔耶夫模型的一个重要特征是它具有局域对称性;这种对称性意味着自旋只与其近邻相关,而不与悠远的自旋相关,因而意味着自旋输运应该有一个势垒。但是,在实际中,Kitaev体系一侧的细小磁扰动的确表现为相反边际的自旋改变:

即便这些扰动好像不会导致资料中心更对称区域的磁化产生任何改变。在基塔耶夫体系的一个边际上,细小磁扰动的确表现为相反边际的自旋的改变,即便这些扰动好像不会导致资料中心更对称区域的磁化强度产生任何改变。这一耐人寻味的机制是科学家团队在研讨中说明的,其研讨成果宣布在《物理谈论快报》期刊上。研讨在Kitaev QSL的一侧施加脉冲磁场来触发自旋数据包传输,并对随后打开的实时动力学进行了数值模仿。

成果表明,磁扰动是经过跋涉的马约拉纳费米子穿过物质中心区域。这些是准粒子;它们不是实在的粒子,而是体系团体行为的准确近似。值得注意的是,马约拉纳费米子介导的自旋输运,不能用经典的自旋波理论来解说,因而需求进一步的试验研讨。但研讨人员对这项研讨成果的使用潜力抱有期望:理论成果也应该与实在资料相关,研讨设置能够在Kitaev体系的某些候选资料上物理完成。

研讨讨论了或许的物质,发明自旋扰动的办法,以及寻觅马约拉纳费米子穿过物质主体抵达另一边依据的试验办法,乃至有或许控制体系中静寂的马约拉纳费米子费米子运动。

博科园|研讨/来自:东京工业大学

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