Чтобы понять поведение квантовых частиц, представьте себе игры в пинбол, но вместо одного металлического шарика, есть миллиарды или больше, все рикошетили от друг друга и свое окружение.
Физики давно пытались изучить это интерактивные системы сильно коррелированных частиц, которые могли бы помочь осветить неуловимой физики явлений, таких как высокотемпературная сверхпроводимость и магнетизм.
Один классический метод заключается в создании упрощенной модели, которая может отразить суть этих взаимодействий частиц. В 1963 году физики Мартин Gutzwiller, Junjiro Канамори и Джон Хаббард-работа отдельно-предложили то, что стали называть модели Хаббарда, описывающей существенные физике из множества взаимодействующих квантовых частиц. Решение модели, однако, существует только в одном измерении. На протяжении десятилетий ученые пытались воплотить в модели Хаббарда в двух или трех измерениях, создание квантовых симуляторов, которые могут имитировать его.
Корнелла-вело сотрудничество успешно создал такой тренажер, используя ультратонкий монослоев, которые перекрываются, чтобы сделать муаровый узор. Затем команда использовала этот твердотельный платформы на карте давнюю загадку в физике: фазовая диаграмма треугольная решеточной модели Хаббарда.
Их бумага, «моделирование модели Хаббарда физики в WSe2/рабочий поток 2 «Муар » Сверхрешеток» был опубликован 18 марта в природе. Ведущий автор постдокторант связать Yanhao Тан.
Проект возглавляет Кин фай Мак, доцент кафедры физики в колледже искусств и наук и газеты соавтор старший автор исследования вместе с Цзе Шань, профессор кафедры прикладной и инженерной физики в инженерный колледж. Оба исследователя являются членами Института Кавли в Корнельском для наноразмерной науки, и они пришли к Корнелл через наноразмерной науки проректора и молекулярной инженерии (далее нано) инициатива. Их общая лаборатория специализируется в физике атомарно тонких квантовых материалов.
Их лаборатории совместно с соавтором Аллан Макдональд, профессор физики в Университете Техаса в Остине, который в 2018 году теоретически обосновал Хаббарда модель тренажера будет возможно путем укладки двух атомных монослоев полупроводниковых материалов, сортировка материалов Мак и Шан изучаю уже десять лет.
«То, что мы сделали, это взять два разных монослоев этого полупроводника, дисульфид вольфрама (рабочий поток 2) и диселенид вольфрама (WSe2), которые имеют решетки, которые немного отличаются друг от друга. И когда вы кладете один на другой, вы создаете модель, которая называется сверхрешеткой муар.» МАК сказал.
СР муар выглядит как серия взаимосвязанных шестиугольников, и в каждый момент … или сайт … в штриховку, исследователи электрона. Эти электроны обычно в ловушке в месте энергетический барьер между сайтами. Но электроны имеют достаточную кинетическую энергию, что, иногда, они могут прыгать через барьер и взаимодействовать с соседними электронами.
«Если у вас нет этого взаимодействия, все на самом деле хорошо понимал и как бы скучно», — сказал Мак. «Но когда электроны прыгать и взаимодействовать, это очень интересно. Вот как вы можете сделать магнетизма и сверхпроводимости».
Поскольку электроны имеют отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга, эти последующие взаимодействия становятся все более сложными, когда есть так много из них в игре-отсюда необходимость для упрощенной системы, чтобы понять их поведение.
«Мы можем контролировать оккупации электрона на каждом сайте очень точно,» сказал Мак. «Мы затем измерьте системы и наметить фазовой диаграмме. Какие магнитные фазы это? Как магнитной фазы зависит от плотности электронов?»
До сих пор исследователи использовали симулятор, чтобы сделать два важных открытия: наблюдение Мотт состояния изоляции и отображение схема магнитной системы фазы. Мотт изоляторы-это материалы, которые должны вести себя как металлы и провести электричество, но вместо этого действуют как изоляторы — явления, что физики предсказывали модели Хаббарда продемонстрирует. Магнитное основное состояние изоляторов Мотта является также важным явлениям исследователи продолжают изучать.
Хотя существуют и другие квантовые симуляторы, такие как тот, который использует холодный атом систем и искусственного решетки, созданные лазерными лучами, Мак говорит, что его команда симулятор имеет явное преимущество, будучи «истинным многочастичных симулятор», что может легко контролировать … или настройки — плотности частиц. Система также может достичь гораздо более низких эффективных температур и оценки основных состояний термодинамической модели. В то же время, новая игра не столь успешным в настройке взаимодействия между электронами, когда они разделяют тот же сайт.
«Мы хотим придумать новые приемы, так что мы можем контролировать на месте отталкивания двух электронов,» Мак сказал. «Если мы можем контролировать это, мы будем иметь модель высоко настраиваемый Хаббард в нашей лаборатории. Тогда мы можем получить полную фазовая диаграмма модели Хаббарда».
Исследование главным образом было поддержано Министерством энергетики США.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!