Bagong Katibayan para sa Kontrobersyal na Teorya ng Elektron na Ginawa ng Dalawang Particle

Ang mga mananaliksik sa Princeton University ay nagsagawa ng mga eksperimento sa mga materyales na kilala bilang mga kwantum na likidong likido at natagpuan ang katibayan na ang mga electron sa rehimen ng kabuuan ay kumilos na parang binubuo ng dalawang mga maliit na butil. Kredito: Catherine Zandonella, Princeton University

Bagong Katibayan para sa Binary na Kalikasan ng Elektron na Natagpuan sa isang Quantum Spin Liquid

Ang mga resulta mula sa isang eksperimento na pinangunahan ni Princeton ay sumusuporta sa kontrobersyal na teorya na ang electron ay binubuo ng dalawang mga particle.

Isang bagong tuklas na pinangunahan ni unibersidad ng Princeton Maaari itong dagdagan ang ating pag-unawa sa kung paano kumilos ang mga electron sa ilalim ng matinding mga kundisyon sa mga materyal na kabuuan. Ang paghahanap ay nagbibigay ng pang-eksperimentong katibayan na ang pamilyar na bloke ng bagay na ito ay kumikilos na parang binubuo ng dalawang maliit na butil: ang maliit na butil na nagbibigay sa elektron ng negatibong singil nito, at ang maliit na butil na nagbibigay ng mala-magnet na pag-aari na kilala bilang spin.

“Sa palagay namin ito ang unang kongkretong katibayan ng paghihiwalay ng spin charge,” sabi ni Nai Phuan Ong, Eugene Higgins ng Propesor ng Physics ng Princeton at nakatatandang may-akda ng artikulong inilathala sa magasin ngayong linggo. Kalikasan Physics.

Natutupad ng mga pang-eksperimentong resulta ang isang hula na nagdaang mga dekada na ang nakakalipas upang ipaliwanag ang dami ng likido na paikutin, isa sa mga pinaka-nakakaisip na estado ng bagay. Sa lahat ng mga materyales, ang pag-ikot ng isang electron ay maaaring magturo pataas o pababa. Sa pamilyar na magnet, kapag ang temperatura ay bumaba sa ibaba ng isang kritikal na temperatura, lahat ay pantay na tumuturo sa isang solong direksyon sa kabuuan ng ispesimen.

Gayunpaman, sa mga likidong likidong materyales, kahit na ang pag-ikot ay cooled masyadong malapit, hindi ito maaaring bumuo ng isang pare-parehong pattern. ganap na zero. Sa halip, ang mga pagliko ay patuloy na nagbabago sa isang mahigpit na pinag-ugnay, kumplikadong koreograpia. Ang resulta ay isa sa mga pinaka-kumplikadong mga estado ng kabuuan na nabuo at isang kaso ng labis na interes sa lumalaking mga mananaliksik sa bukid. computing ng kabuuan.

Quantum Spin Liquid Thermal Conductivity

Ang tsart ng kulay ng 3D, isang kumbinasyon ng maraming mga eksperimento, ay nagpapakita kung paano nagbabago ang thermal conductivity bilang isang pag-andar ng κxx (patayong axis) magnetic field B (pahalang na axis) at temperatura T (axis ng sheet). Ang mga oscillation ay nagbibigay ng katibayan para sa mga spinoff. Kredito: Peter Czajka, Princeton University

Upang ilarawan ang pag-uugaling ito sa matematika, ang Nobel Prize na mananalo ng Princeton physicist na si Philip Anderson (1923-2020), na hinulaan ang pagkakaroon ng mga spin fluids sa kauna-unahang pagkakataon noong 1973, ay nagpanukala ng isang paliwanag: sa isang dami ng rehimen ang isang elektron ay maaaring isaalang-alang na binubuo ng dalawang mga maliit na butil, ang isa ay nagdadala ng negatibong pagsingil ng electron, at ang isa. naglalaman ito ng pagbabalik. Tinawag ni Anderson ang spin-naglalaman na maliit na butil na isang spinon.

Sa bagong pag-aaral na ito, ang koponan ay naghanap ng mga palatandaan ng spinon sa isang likidong paikot na binubuo ng ruthenium at chlorine atoms. Bahagi ng Kelvin (o halos -452 degree Celsius) sa temperatura na higit sa ganap na zero Fahrenheit) at sa pagkakaroon ng isang mataas na magnetic field, ang mga kristal ng ruthenium chloride ay pumasok sa estado ng umiikot na likido.

Ang mag-aaral na nagtapos na si Peter Czajka at Tong Gao, Ph.D. Nakakonekta ng 2020 ang tatlong mga sensitibong thermometer sa kristal na nakaupo sa banyo na itinatago sa temperatura na malapit sa ganap na zero Kelvin. Pagkatapos ay inilapat nila ang isang magnetic field at isang maliit na halaga ng init sa gilid ng isang kristal upang masukat ang thermal conductivity nito, isang dami na nagpapahayag kung gaano kahusay ang pagsasagawa nito ng isang stream ng init. Kung ang mga spinons ay naroroon, dapat silang lumitaw bilang isang pattern ng pag-oscillating sa thermal conductivity kumpara sa magnetic field graph.

Ang oscillation signal na kanilang hinahanap ay napakaliit – nag-iiba-iba lamang ng ilang mga daan-daan ng degree – kaya’t ang mga pagsukat ay nangangailangan ng kakaibang tumpak na kontrol ng sample na temperatura pati na rin ang maingat na pagkakalibrate ng mga thermometers sa malakas na magnetic field.

Ginamit ng koponan ang mga purest crystals na lumago sa ilalim ng pamumuno ni David Mandrus, propesor ng science sa materyal sa University of Tennessee-Knoxville, sa Oak Department ng Laboratory (ORNL) ng Kagawaran ng Enerhiya ng Estados Unidos, at si Stephen Nagler, katulong sa pananaliksik sa korporasyon sa ORNL. Seksyon ng Neutron Scattering. Masusing pinag-aralan ng koponan ng ORNL ang mga katangian ng likidong likido na likido ng ruthenium chloride.

Sa isang serye ng mga eksperimento na isinasagawa sa loob ng halos tatlong taon, nakita ni Czajka at Gao ang lalong pagtaas ng temperatura na pagbabagu-bago ng temperatura na naaayon sa mga spinon, na nagbibigay ng katibayan na ang electron ay binubuo ng dalawang mga maliit na partikulo na naaayon sa hula ni Anderson.

“Ang mga tao ay naghahanap para sa pirma na ito ng higit sa apatnapung taon,” sabi ni Ong, “Kung ang paghahanap at interpretasyon ng spinon na ito ay nakumpirma, makabuluhang isusulong nito ang larangan ng mga likido sa likidong likido.”

Sina Czajka at Gao ay ginugol ang huling artikulo na nagpapatunay ng mga eksperimento habang nasa ilalim ng mga paghihigpit ng COVID na hinihiling sa kanila na magsuot ng mga maskara at panatilihin ang distansya ng lipunan.

“Mula sa panay na pang-eksperimentong pananaw,” sabi ni Czajka, “Nakatutuwang makita ang mga resulta na talagang lumabag sa mga panuntunang natutunan sa mga pangunahing aralin sa pisika.”

Sanggunian: “Ang mga thermal oscillation ng kondaktibiti ng α-RuCl sa estado ng spin-likido3”Peter Czajka, Tong Gao, Max Hirschberger, Paula Lampen-Kelley, Arnab Banerjee, Jiaqiang Yan, David G. Mandrus, Stephen E. Nagler at NP Ong, 13 Mayo 2021, Kalikasan Physics.
DOI: 10.1038 / s41567-021-01243-x

Mga eksperimento, Max Hirschberger, Ph.D. Ang 2017 ay ngayon sa University of Tokyo, Arnab Banerjee sa Purdue University at ORNL, David Mandrus at Paula Lempen-Kelley sa University of Tennessee-Knoxville at ORNL, at Jiaqiang Yan at Stephen E. Nagler sa ORNL. Ang pagpopondo sa Princeton ay ibinigay ng Gordon at Betty Moore Foundation, ang Kagawaran ng Enerhiya ng Estados Unidos, at ang National Science Foundation. Sinuportahan din ng Gordon at Betty Moore Foundation ang programang paglago ng kristal sa University of Tennessee.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.