Пирс Коулман - физик-теоретик британского происхождения , работающий в области теоретической физики конденсированного состояния . [2] Коулман - профессор физики Университета Рутгерса в Нью-Джерси и Ройал Холлоуэй Лондонского университета .
Пирс Коулман | |
---|---|
Родившийся | |
Образование | Cheltenham Grammar School, дневная |
Альма-матер | Кембриджский университет, Принстонский университет |
Известен | Подчиненный бозон , квантовая критичность , сверхпроводимость тяжелых фермионов [1] |
Научная карьера | |
Поля | Теория конденсированного состояния |
Учреждения | Университет Рутгерса , Ройал Холлоуэй, Лондонский университет |
Докторант | Филип В. Андерсон |
Образование и карьера
Колман вырос в Челтенхэме, Англия , где он учился в Челтнемской гимназии , которую окончил в 1976 году. Он закончил бакалавриат в Тринити-колледже в Кембридже , изучая Tripos по естественным наукам и по математике, часть III под наставничеством Гилберта Лонзариха . В 1980 году он получил премию Проктера в Принстонском университете, где изучал теоретическую физику конденсированного состояния с Филипом Уорреном Андерсоном . Среди современников Принстонской программы по физике для аспирантов были Габриэль Котляр , Кумран Вафа , Натан Мхирволд и Дженнифер Чейес . Ему была присуждена стипендия младшего научного сотрудника в Тринити-колледже в Кембридже , которую он занимал с 1983 по 1988 год. Он был научным сотрудником Института теоретической физики Кавли в Санта-Барбаре с 1984 по 1986 год. Он присоединился к преподавательскому составу Университета Рутгерса в 1987 году. С 2010 года он также занимал должность кафедры теоретической физики конденсированных сред Лондонского университета в Ройал Холлоуэй Лондонского университета . В 2011 году Пирс Коулман сменил Дэвида Пайнса на посту директора Института сложной адаптивной материи .
Исследовать
Коулман известен своими работами, связанными с сильно коррелированными электронными системами, и, в частности, изучением магнетизма , сверхпроводимости и топологических изоляторов . Он является автором популярного текста « Введение в физику многих тел» .
В начале своей карьеры в Принстонском университете Коулман работал над проблемой колебаний валентности твердых тел. В 1960-х годах физик Джон Хаббард ввел математический оператор, «оператор Хаббарда» [3], для описания ограниченных флуктуаций валентности между двумя зарядовыми состояниями иона. В 1983 году Коулман изобрел формулировку подчиненных бозонов операторов Хаббарда [4], которая включает факторизацию оператора Хаббарда на канонический фермион и бозон.. Использование канонических фермионов позволило рассматривать операторы Хаббарда в рамках теоретико-полевого подхода [5], что позволило впервые рассмотреть проблему тяжелых фермионов в среднеполевых условиях. Ведомые бозонный подход имеет так широко применяются для сильно коррелированных электронных систем, и оказался полезным при разработке теории резонирующих валентных связей (RVB) высокотемпературной сверхпроводимости [6] [7] и понимания ТФ соединений. [8]
В Рутгерсе он заинтересовался взаимодействием магнетизма с сильными электронными корреляциями. Вместе с Натаном Андреем он адаптировал теорию резонансной валентной связи высокотемпературной сверхпроводимости [6] к сверхпроводимости с тяжелыми фермионами . [9] В 1990 году с Анатолием Ларкиным и Преми Чандрой они исследовали влияние тепловых и нулевых магнитных флуктуаций на двумерные фрустрированные магниты Гейзенберга. [10] Принято считать, что из -за теоремы Мермина – Вагнера двумерные магниты Гейзенберга не могут развить какую-либо форму дальнего порядка . Чандра, Коулман и Ларкин продемонстрировали, что фрустрация может привести к конечному температурному фазовому переходу Изинга в полосатое состояние с дальним спин-нематическим порядком. В настоящее время известно, что такой порядок развивается в высокотемпературных сверхпроводниках на основе железа . [11]
Работая с Алексеем Цвеликом, Коулман выполнил некоторые из самых ранних применений майорановских фермионов к проблемам конденсированных сред. В 1992 году Коулман, Миранда и Цвелик изучили применение майорановского представления спинов.к решетке Кондо, показывая, что если локальные моменты дробятся как майорановские, а не дираковские фермионы, результирующее основное состояние является сверхпроводником с нечетной частотой. [12] [13] Работая с Эндрю Шофилдом и Алексеем Цвеликом, они позже разработали модель, объясняющую необычные свойства магниторезистивности высокотемпературных сверхпроводников в их нормальном состоянии, в котором электроны дробятся на майорановские фермионы. [14]
В конце 1990-х Коулман заинтересовался нарушением поведения ферми-жидкости в квантовой критической точке . Работая с Габриэлем Эппли и Гильбертом фон Лёнейзеном, они продемонстрировали установленное присутствие локальных квантовых критических флуктуаций в квантовом критическом металле CeCu 6-x Au x , идентифицированных как следствие нарушения эффекта Кондо , сопровождающего развитие магнетизма. . [15] Это привело к предсказанию, что поверхность Ферми будет изменяться скачкообразно в квантовой критической точке [16], что позже было обнаружено в настроенной по полю квантовой критичности в материале YbRh 2 Si 2 [17] и в настроенной давлением квантовой критичности в материале CeRhIn 5 . [18]
После открытия топологических изоляторов Коулман заинтересовался, может ли топологическое изолирующее поведение существовать в материалах с сильной корреляцией. В 2008 году команда Максима Дзеро, Кая Сана, Виктора Галицкого и Пирса Коулмана предсказала, что класс изоляторов Кондо может развить топологическое основное состояние, предложив гексаборид самария (SmB 6 ) в качестве топологического изолятора Кондо. [19] Наблюдение за развитием устойчивых проводящих поверхностных состояний в SmB 6 согласуется с этим ранним предсказанием. [20] [21]
Среди известных бывших студентов-исследователей и докторантов в его группе - Ян Ричи , [22] Эдуардо Миранда , [23] Эндрю Шофилд , Максим Дзеро , [24] Андрей Невидомский [25] и Ребекка Флинт [26].
Личная жизнь
Пирс Коулман женат на американском физике-теоретике Премале Чандре, у них двое сыновей. Он старший брат музыканта и композитора Джаза Коулмана . [27]
Научно-просветительская деятельность
Вместе со своим младшим братом Джазом Коулман работал над веб-сайтом Music of the Quantum, посвященным концертам и распространению информации о физике . Концерт включает пьесы, написанные Джазом Коулманом на такие темы из физики, как квантовая критичность, эмерджентность и нарушение симметрии. Они представили музыку кванта в Вифлеемской капелле в Праге и в Колумбийском университете в Нью-Йорке . [27] Он также снял короткий документальный фильм о появлении с Полом Чайкиным в рамках серии статей Анненберга «Физика в 21 веке». [28]
Награды и почести
Коулман был удостоен стипендии Слоуна в 1988 году. В 2002 году он был избран членом Американского физического общества «за новаторские подходы к теории сильно коррелированных электронных систем». [29] В 2018 году он был избран в правление Аспенского центра физики . Его исследования поддерживаются Национальным научным фондом, отделом теории материалов, и министерством энергетики, отделом фундаментальных энергетических наук.
Книги
- Коулман, Пирс (2015). Введение в физику многих тел . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521864886.
Смотрите также
- Златко Тесанович
Рекомендации
- ^ "Профиль автора для Пирса Коулмана" . Физика - Пирс Коулман . Американское физическое общество . Проверено 31 января 2011 года .
- ^ «Квантово-механический триплет может привести к сверхпроводимости при высоких температурах» . Азонано . AZNanotechnology. 2008-07-22 . Проверено 31 января 2011 года .
- ^ Хаббард, Дж. (1964). «Электронные корреляции в узких энергетических зонах. II. Вырожденный зонный случай». Труды Лондонского королевского общества. Серия А. Математические и физические науки . 277 (1369): 237–259. Bibcode : 1964RSPSA.277..237H . DOI : 10,1098 / rspa.1964.0019 . S2CID 122573530 .
- ^ Коулман, Пирс (1984). «Новый подход к проблеме смешанной валентности». Physical Review B . 29 (6): 3035–3044. Bibcode : 1984PhRvB..29.3035C . DOI : 10.1103 / PhysRevB.29.3035 .
- ^ Читать, N .; Ньюнс, DM (1983). «Новый функциональный интегральный формализм для вырожденной модели Андерсона». Журнал физики C: Физика твердого тела . 16 (29): L1055 – L1060. Bibcode : 1983JPhC ... 16.1055R . DOI : 10.1088 / 0022-3719 / 16/29/007 .
- ^ а б Андерсон, П. В.; Баскаран, Г .; Zou, Z .; Сюй, Т. (1987). «Резонансно-валентная теория фазовых переходов и сверхпроводимости в соединениях на основе La2CuO4». Письма с физическим обзором . 58 (26): 2790–2793. Bibcode : 1987PhRvL..58.2790A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.58.2790 . PMID 10034850 .
- ^ Котляр, Габриэль; Лю, Цзялинь (1988). «Суперобменный механизм и d-волновая сверхпроводимость». Physical Review B . 38 (7): 5142–5145. Bibcode : 1988PhRvB..38.5142K . DOI : 10.1103 / PhysRevB.38.5142 . PMID 9946940 .
- ^ Миллис, AJ; Ли, Пенсильвания (1986). «Разложение с большим орбитальным вырождением для решеточной модели Андерсона». Physical Review B . 35 (7): 3394–3414. DOI : 10.1103 / PhysRevB.35.3394 . PMID 9941843 .
- ^ Coleman, P .; Андрей, Н. (1989). «Кондо-стабилизированные спиновые жидкости и сверхпроводимость с тяжелыми фермионами». Журнал физики: конденсированное вещество . Институт физики. 1 (26): 4057–4080. Bibcode : 1989JPCM .... 1.4057C . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 1/26/003 .
- ^ Chandra, P .; Coleman, P .; Ларкин А.И. (1990). "Переход Изинга в разочарованных моделях Гейзенберга". Письма с физическим обзором . 64 (1): 88–91. Bibcode : 1990PhRvL..64 ... 88C . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.64.88 . PMID 10041280 .
- ^ Сюй, Ченке; Мюллер, Маркус; Сачдев, Субир (2008). «Изинговые и спиновые порядки в сверхпроводниках на основе железа». Physical Review B . 79 (2): 020501 (R). arXiv : 0804.4293 . Bibcode : 2008PhRvB..78b0501X . DOI : 10.1103 / PhysRevB.78.020501 . S2CID 6815720 .
- ^ Coleman, P .; Миранда, Э .; Цвелик, А. (1993). «Возможная реализация спаривания нечетных частот в соединениях с тяжелыми фермионами». Письма с физическим обзором . 70 (19): 2960–2963. arXiv : cond-mat / 9302018 . Bibcode : 1993PhRvL..70.2960C . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.70.2960 . PMID 10053697 . S2CID 17236854 .
- ^ Coleman, P .; Миранда, Э .; Цвелик, А. (1994). «Нечетно-частотное спаривание в решетке Кондо». Physical Review B . 49 (13): 8955–8982. arXiv : cond-mat / 9305017 . Bibcode : 1994PhRvB..49.8955C . DOI : 10.1103 / PhysRevB.49.8955 . PMID 10009677 . S2CID 16281393 .
- ^ Coleman, P .; Скофилд, AJ; Цвелик AM (1996). «Феноменологическое уравнение переноса купратных металлов». Письма с физическим обзором . 76 (8): 1324–1327. arXiv : cond-mat / 9602001 . Bibcode : 1996PhRvL..76.1324C . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.76.1324 . PMID 10061692 . S2CID 44549797 .
- ^ Schröder, A .; Aeppli, G .; Coldea, R .; Адамс, М .; Stockert, O .; Löhneysen, Hv; Bucher, E .; Рамазашвили, Р .; Коулман, П. (2000). «Возникновение антиферромагнетизма в тяжелых фермионных металлах». Природа . 407 (6802): 351–355. arXiv : cond-mat / 0011002 . Bibcode : 2000Natur.407..351S . DOI : 10.1038 / 35030039 . PMID 11014185 . S2CID 4414169 .
- ^ Coleman, P .; Pépin, C .; Си Цимиао; Рамазашвили, Р. (2001). «Как ферми-жидкости становятся тяжелыми и умирают?». Журнал физики: конденсированное вещество . 13 (35): R723 – R738. arXiv : cond-mat / 0105006 . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 13/35/202 . S2CID 15940806 .
- ^ Paschen, S .; Lühmann, T .; Wirth, S .; Gegenwart, P .; Троварелли, O .; Geibel, C .; Стеглич, Ф .; Coleman, P .; Si, Q. (2004). «Эволюция эффекта Холла в квантовой критической точке с тяжелыми фермионами». Природа . 432 (7019): 881–885. arXiv : cond-mat / 0411074 . Bibcode : 2004Natur.432..881P . DOI : 10,1038 / природа03129 . PMID 15602556 . S2CID 4415212 .
- ^ Шишидо, Хироаки; Сеттай, Рикио; Харима, Хисатомо; Онуки, Йошичика (2005). «Резкое изменение поверхности Ферми при критическом давлении в CeRhIn 5: исследование dHvA под давлением». Журнал Физического общества Японии . 74 (4): 1103–1106. Bibcode : 2005JPSJ ... 74.1103S . DOI : 10,1143 / JPSJ.74.1103 .
- ^ Дзеро, Максим; Солнце, Кай; Галицкий Виктор; Коулман, Пирс (2010). «Топологические изоляторы Кондо». Письма с физическим обзором . 104 (10): 106408. arXiv : 0912.3750 . Bibcode : 2010PhRvL.104j6408D . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.104.106408 . PMID 20366446 . S2CID 119270507 .
- ^ Райх, Эжени Самуэль (2012). «Поверхность надежд на экзотический изолятор» . Природа . 492 (7428): 165. Bibcode : 2012Natur.492..165S . DOI : 10.1038 / 492165a . PMID 23235853 .
- ^ Вулховер, Натали. «Парадоксальный кристалл сбивает с толку физиков» . Журнал Quanta .
- ^ «Ян Ричи - Королевская инженерная академия» .
- ^ https://sites.ifi.unicamp.br/emiranda/en/
- ^ "Максим Дзеро | Физика | Кентский государственный университет" .
- ^ "An9 | Физика и астрономия | Университет Райса" .
- ^ https://flint.public.iastate.edu
- ^ а б Томлин, Сара (2 сентября 2004 г.). «Братья по искусству». Природа . 431 (7004): 14–16. DOI : 10.1038 / 431014a . PMID 15343304 . S2CID 4379887 .
- ^ Коулман, Пирс; Чайкин, Пол (2010). «Эмерджентное поведение в квантовой материи» . Анненбургский ученик .
- ↑ APS Fellows, 1995-настоящее время , Американское физическое общество . Доступ 21 июля 2011 г.
Внешние ссылки
- Официальный веб-сайт
- Музыка Квантового сайта