Квантовые материалы
Квантовые материалы — это обобщающий термин в физике конденсированных сред , который охватывает все материалы, основные свойства которых не могут быть описаны в терминах полуклассических частиц и низкоуровневой квантовой механики . [1] Это материалы, которые представляют сильные электронные корреляции или некоторый тип электронного порядка, такой как сверхпроводящие или магнитные порядки, или материалы, электронные свойства которых связаны с неуниверсальными квантовыми эффектами — топологические изоляторы , электронные системы Дирака , такие как графен , а также системы, коллективные свойства которых управляются действительно квантовым поведением, такие как ультрахолодные атомы , холодные экситоны , поляритоны и т. д. На микроскопическом уровне четыре фундаментальные степени свободы — заряд, спин, орбита и решетка — переплетаются, что приводит к сложным электронным состояниям; [1] концепция возникновения является общей нитью в изучении квантовых материалов. [2]
Квантовые материалы демонстрируют загадочные свойства, не имеющие аналогов в макроскопическом мире: квантовая запутанность, квантовые флуктуации, устойчивые граничные состояния, зависящие от топологии объемных волновых функций материалов и т. д. [1] Квантовые аномалии, такие как хиральный магнитный эффект, связывают некоторые квантовые материалы с процессами в физике высоких энергий кварк-глюонной плазмы . [3]
История
В 2012 году Джозеф Оренштейн опубликовал статью в Physics Today о «сверхбыстрой спектроскопии квантовых материалов». [4] Оренштейн заявил:
Квантовые материалы — это ярлык, который стал обозначать область физики конденсированных сред, ранее известную как сильно коррелированные электронные системы. Хотя область широка, объединяющей темой является открытие и исследование материалов, электронные свойства которых не могут быть поняты с помощью концепций из современных учебников по конденсированным средам.
В качестве парадигматического примера Оренштейн ссылается на крах теории ферми-жидкости Ландау из-за сильных корреляций. Использование термина «квантовые материалы» было расширено и применено к другим системам, таким как топологические изоляторы и электронные материалы Дирака. Термин набрал обороты с момента публикации статьи «The rise of quantum materials» в Nature Physics в 2016 году. [2] Цитата:
На тривиальном уровне все материалы существуют благодаря законам квантовой механики, и есть циники, которые втайне будут задаваться вопросом, не слишком ли широко и, ну, броско это описание для собственного блага. Но, учитывая историю физики конденсированного состояния, которую мы только что изложили, есть веские причины принять квантовые материалы. По сути, они обеспечивают общую нить, связывающую разрозненные сообщества исследователей, работающих над различными проблемами на переднем крае физики, материаловедения и инженерии.
Ссылки
- ^ abc Cava, Robert; de Leon, Nathalie; xie3, Weiwei (10 марта 2021 г.). «Введение: квантовые материалы». Chemical Reviews . 121 (5): 2777– 2779. doi : 10.1021/acs.chemrev.0c01322 . ISSN 0009-2665. PMID 33715377.
{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ ab "Расцвет квантовых материалов". Nature Physics . 12 (2): 105. 1 февраля 2016 г. Bibcode : 2016NatPh..12..105.. doi : 10.1038/nphys3668 . ISSN 1745-2473.
- ^ Харзеев, Дмитрий Э. (1 марта 2014 г.). «Хиральный магнитный эффект и аномально-индуцированный транспорт». Progress in Particle and Nuclear Physics . 75 : 133– 151. arXiv : 1312.3348 . Bibcode :2014PrPNP..75..133K. doi :10.1016/j.ppnp.2014.01.002. ISSN 0146-6410. S2CID 118508661.
- ^ Оренштейн, Джозеф (31 августа 2012 г.). «Сверхбыстрая спектроскопия квантовых материалов». Physics Today . 65 (9): 44– 50. Bibcode : 2012PhT....65i..44O. doi : 10.1063/PT.3.1717.
