В физике твердого тела точные взаимодействия электронов анализируются с помощью тщательной детективной работы, в конечном счете, чтобы получить лучшее понимание фундаментальных физических явлений.

Для любителей жанра триллера неудивительно, что для того, чтобы раскрыть дело, отпечатки пальцев должны быть тщательно обнаружены на месте преступления. В современной физике твердого тела ученые ищут процессы рассеяния-взаимодействия между электронами—которые содержат ключи, необходимые для приближения к истине.

Выявить эти важнейшие намеки особенно трудно в случае сложных материалов, где одновременно играют роль многие электроны. В так называемых "многоэлектронных системах" триллионы электронов могут быть соединены друг с другом и обмениваться энергией и импульсом. В Венском технологическом университете, Тюбингенском университете и Политехнической школе в Париже исследователи добились важного прогресса: С помощью точного анализа были выявлены новые структуры—характерные закономерности в сложных процессах рассеяния, которые могут помочь "прояснить дело"."

Процессы рассеяния и свойства материалов

Помимо других свойств, процессы рассеяния определяют подвижность носителей заряда и, таким образом, контролируют, проявляет ли система в конечном итоге металлическое, изолирующее или даже сверхпроводящее поведение. Проще говоря, эти математические величины отражают силу взаимодействия электронов. С помощью обширного компьютерного моделирования исследователи конденсированных сред пытаются определить физические свойства многоэлектронных систем и в конечном итоге ответить на фундаментальные вопросы физики твердого тела, например: "Как работают нетрадиционные сверхпроводники?" или "Как происходят квантовые физические фазовые переходы при абсолютном нуле?"

Международная исследовательская группа, включающая группу профессора Алессандро Тоски (Патрик Халупа, Маттиас Рейтнер и Даниэль Шпрингер) из Университета Вены, профессора Сабины Андергассен из Тюбингенского университета и Томаса Шефера из Политехнической школы в Париже, добилась значительного прогресса в этом отношении. Углубленный анализ процессов рассеяния и их сравнение в различных физических ситуациях позволили выявить четкие "отпечатки пальцев"." Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Обнаружили новые соединения

Подобно судмедэкспертам на месте преступления, исследователи пытались соединить множество мелких деталей, чтобы увидеть общую картину. Им удалось выявить характерные структуры в сложных математических величинах, описывающих процессы рассеяния, и связать эти структуры с двумя фундаментальными явлениями физики твердого тела. Этими фундаментальными явлениями оказались как образование локальных магнитных моментов, так и их экранирование за счет так называемого эффекта Кондо, которые оба решающим образом контролируют подвижность электронов. Эта новая связь позволяет с первого взгляда распознать соответствующие физические эффекты в сложных процессах рассеяния. Идентифицируя эти "отпечатки пальцев", можно было даже обнаружить альтернативный критерий для определения одной из самых фундаментальных энергетических шкал в теоретической физике твердого тела-температуры Кондо.

В конце концов, эти открытия могли бы пролить новый свет на ранее неразгаданные тайны физики твердого тела, например, квантовую критичность в тяжелых фермионных системах, нетрадиционную сверхпроводимость в сильно коррелированных квантовых материалах и удивительные магнитные явления в оксидах переходных металлов. Правильное определение лежащих в основе квантовых отпечатков пальцев может направить исследования в нужное русло, чтобы понять эти системы на фундаментальном уровне.

ИСТОЧНИК