Znajdź zawartość

Sądzimy, że to pierwszy twardy dowód na separację spinowo-ładunkową, mówi Nai Phuan Ong, profesor fizyki z Princeton University i jeden z głównych autorów badań opublikowanych właśnie na łamach Nature Physics. Dokonane przez naukowców odkrycie potwierdza dwoistą naturę elektronów w kwantowej cieczy spinowej. Pozwoli nam ono lepiej zrozumieć, jak elektrony zachowują się w ekstremalnych warunkach. Uczeni z Princeton zaprezentowali właśnie eksperymentalny dowód na to, że elektron – jedna z cząstek elementarnych – zachowuje się jakby był stworzony z dwóch cząstek, z których jedna jest nośnikiem ładunku elektrycznego, a druga właściwości magnetycznych, spinu. Wyniki eksperymentu mogą pozwolić na wyjaśnienie zachowania cieczy spinowej. We wszystkich innych materiałach spin elektronu skierowany jest w górę lub w dół. W magnesie schłodzonym poniżej pewnej temperatury granicznej spiny wszystkich elektronów mają ten sam zwrot. Jednak w spinowych cieczach kwantowych spiny nie przybierają tego samego zwrotu, nawet w temperaturach bliskich zeru absolutnemu. Zamiast tego, ciągle się zmieniają w skoordynowany sposób. Wyjaśnienie tego fenomenu zaproponował w 1973 roku fizyk Philip Anderson. Uważał on, że w fizyce kwantowej elektron powinien być rozważany jako złożony z dwóch cząstek. Jednej będącej nośnikiem ładunku ujemnego i drugiej, zawierającej spin. Cząstkę zawierającą spin nazwał Anderson spinonem. Autorzy najnowszych badań postanowili poszukać spinonu z cieczy spinowej złożonej z atomów rutenu i chloru. W temperaturach ułamków kelwinów powyżej zera absolutnego i obecności silnego pola magnetyczne rutenowo-chlorowe kryształy wchodzą stan spinowej cieczy kwantowej. Podczas serii eksperymentów prowadzonych przez trzy lata przez Petera Czajkę i Tonga Gao naukowcy wykorzystali najczystsze dostępne kryształy i superczułe termometry. Wykryli dzięki temu oscylacje temperatury, świadczące o obecności spinonów. Naukowcy od czterech dekad poszukiwali tych spinonów. Jeśli nasze badania zostaną potwierdzone, będzie to znaczący postęp na polu badania kwantowych cieczy spinowych, mówi Ong. Z czysto eksperymentalnego punktu widzenia, było czymś niezwykle ekscytującym obserwowanie zjawisk zaprzeczających temu, czego uczymy się na podstawach fizyki, dodaje Czajka. Artykuł Oscillations of the thermal conductivity in the spin-liquid state of α-RuCl3 został opublikowany na łamach Nature Physics. « powrót do artykułu

Naukowcom z University of Cambridge udało się przeprowadzić separację spinowo-ładunkową w wąskim przewodzie. Uzyskano w ten sposób dwie kwazicząsteczki - spinony i holony. Zjawisko takie zostało teoretycznie przewidziane przed ponad 40 laty. Separacja spinowo-ładunkowa polega na rozpadzie elektronu na dwie kwazicząsteczki. Jedna z nich, spinon, niesie spin elektronu, a druga, holon, jego ładunek. Po raz pierwszy separację zaobserwowano w 2006 roku w Lawrence Berkeley National Laboratory. W zwykłych warunkach elektron jest niepodzielny. Jednocześnie niesie ładunek elektryczny i magnetyczny. Jednak gdy mamy do czynienia z licznymi elektronami ściśniętymi w małej przestrzeni, muszą one tak zmodyfikować swój sposób poruszania się, by nie zbliżyć się zbytnio do siebie. W 1981 roku Duncan Haldane przewidział, że w bardzo wąskim przewodzie elektrony zawsze zmodyfikują sposób poruszania się i zajdzie "oddzielenie" magnetyzmu od ładunku, a więc uzyskamy spinony i holony. Najpoważniejszym wyzwaniem było zaprojektowanie takiego "kwantowego przewodu", w którym elektrony się rozpadną. Yodchaj Jompol i Chris Ford z University of Cambridge, korzystając z wcześniejszych badań nad magnetyzmem, stworzyli całą grupę nanokabli ułożonych 30 nanometrów nad elektronami pochodzącymi z metalu. Następnie całość potraktowali prądem elektrycznym. Badania prowadzono w temperaturze bliskiej zeru absolutnemu. Jak twierdzą specjaliści, tego typu badania przybliżają nas do kolejnej rewolucji w dziedzinie elektroniki. Możliwość powtarzania takich eksperymentów, obserwacja zachowania spinonów i holonów dają nadzieję, że w przyszłości nauczymy się kontrolować tego typu cząstki. To z kolei będzie niezwykle przydatne w badaniach nadprzewodnictwa czy w pracach nad komputerami kwantowymi.