Una figura che mostra il risultato principale dei ricercatori:il segnale della modalità Higgs nel fattore di struttura dinamica nella configurazione pertinente ai precedenti esperimenti di diffusione di neutroni. Credito:Ying, Schmidt &Wessel.
Recenti esperimenti di diffusione di neutroni anelastri polarizzati hanno identificato la modalità di ampiezza (cioè Higgs) in C 9 h 18 n 2 CuBr 4 , un 2-D, composto della scala di spin quasi quantistico critico che mostra una debole anisotropia di scambio dell'asse facile. Ispirato da queste scoperte, ricercatori della RWTH Aachen University, L'Harbin Institute of Technology e l'Università di Erlangen-Nürnberg hanno condotto uno studio che esamina il fattore dinamico della struttura di spin dei sistemi spin-ladder accoppiati planari utilizzando simulazioni di Monte Carlo quantistico (QMC) su larga scala.
"L'osservazione e la comprensione della modalità di ampiezza di Higgs nei magneti quantistici è entusiasmante, poiché collega la ricerca in fisica delle alte energie (premio Nobel 2013 per l'osservazione della particella di Higgs) a concetti simili nella fisica della materia condensata, " Kai Phillip Schmidt e Stefan Wessel, due dei ricercatori che hanno condotto lo studio, detto Phys.org Via Posta Elettronica. "Però, questa modalità è piuttosto fragile in molti magneti planari, quindi il suo potenziale rilevamento sperimentale in un magnete quantistico planare di scale di spin accoppiate mediante diffusione anelastica di neutroni è stata una sorpresa".
Ai fini dello studio, Schmidt ha sviluppato una teoria approssimata, che doveva ancora essere rigidamente confermato tramite modelli quantitativi. Per realizzare questo, Wessel, che Schmidt conosceva bene, e Tao Ying, uno studente post-dottorato sotto la supervisione di Wessel, deciso di provare ad applicare le simulazioni Monte Carlo a questo problema.
Essenzialmente, si sono proposti di esaminare il fattore di struttura di spin dinamico di sistemi spin-ladder accoppiati planari precedentemente identificati utilizzando simulazioni QMC. Il loro studio combinato, pubblicato in Lettere di revisione fisica ( PRL ), ha permesso loro di ottenere una comprensione quantitativa della modalità di ampiezza di Higgs descritta nella ricerca precedente.
"Il fattore della struttura dinamica è importante, poiché contiene tutte le informazioni sulle eccitazioni magnetiche (come il modo di ampiezza di Higgs) ed è la quantità essenziale che viene misurata dallo scattering anelastico di neutroni, "Schmidt e Wessel hanno affermato. "Le simulazioni di Monte Carlo quantistico (QMC) sono uno strumento numerico molto potente per studiare alcune classi di magneti quantistici e per estrarre il fattore di struttura dinamica, che in genere è molto difficile da ottenere con altri mezzi."
Utilizzando tecniche di simulazione QMC all'avanguardia, Schmidt, Wessel e Ying sono stati in grado di confrontare i valori numerici di determinate energie di eccitazione con quelli misurati nella diffusione anelastica dei neuroni. Ciò ha successivamente permesso loro di individuare le interazioni magnetiche presenti in un particolare magnete quantistico.
"La modellizzazione quantitativa dello specifico magnete quantistico sperimentale e la possibilità di interpretare in teoria la natura delle eccitazioni magnetiche osservate consente l'identificazione rigorosa della modalità di ampiezza di Higgs in un sistema bidimensionale di scale di spin accoppiate, " Dissero Schmidt e Wessel. "Inoltre, siamo stati in grado di tracciare le proprietà della modalità di ampiezza di Higgs su un ampio spazio di parametri nel nostro modello. Questo ci ha permesso di seguire questa particella fino al cosiddetto limite di Ising, che è uno dei modelli più paradigmatici in fisica."
Nel loro studio, Schmidt, Wessel e Ying sono stati in grado di comprendere esplicitamente la modalità di ampiezza di Higgs osservata in esperimenti precedenti come uno stato legato di due eccitazioni magnetiche convenzionali, che è in analogia a una molecola costituita da atomi. Il loro lavoro dimostra la fattibilità della formulazione di una teoria quantitativa per comprendere la dinamica di spin dei magneti 2-D quasi quantistici critici, utilizzando tecniche di simulazione QMC all'avanguardia. Mentre hanno applicato specificamente la loro teoria al composto C 9 h 18 n 2 CuBr 4 , credono che potrebbe essere utilizzato anche per comprendere la dinamica dello spin quantistico di altri composti magnetici simili.
"Ci sono diverse strade interessanti da seguire in futuro, " Dissero Schmidt e Wessel. "In particolare, sarà importante comprendere il destino della modalità di ampiezza di Higgs quando sarà sintonizzata più vicino ai punti critici quantistici, per esempio. quando si applica un campo magnetico o una pressione esterna, come si comporta questa eccitazione e diventa instabile?"
© 2019 Scienza X Rete