Квантовые материалы - это общий термин в физике конденсированного состояния, который охватывает все материалы, основные свойства которых не могут быть описаны в терминах полуклассических частиц и низкоуровневой квантовой механики . [1] Это материалы, которые имеют сильные электронные корреляции или некоторый тип электронного порядка, например сверхпроводящие или магнитные порядки, или материалы, электронные свойства которых связаны с необычными квантовыми эффектами - топологические изоляторы , электронные системы Дирака, такие как графен., а также системы, коллективные свойства которых определяются истинно квантовым поведением, такие как ультрахолодные атомы , холодные экситоны , поляритоны и т. д. На микроскопическом уровне четыре фундаментальные степени свободы - степень свободы заряда, спина, орбиты и решетки - переплетаются, что приводит к сложным электронным состояниям; [1] концепция эмерджентности является общей нитью в изучении квантовых материалов. [2]
Квантовые материалы демонстрируют загадочные свойства, которых нет 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 киральный магнитный эффект, связывают некоторые квантовые материалы с процессами в физике высоких энергий кварк-глюонной плазмы . [3]
История [ править ]
В 2012 году Джозеф Оренштейн опубликовал в Physics Today статью о «сверхбыстрой спектроскопии квантовых материалов». [4] Оренштейн заявил:
Квантовые материалы - это ярлык, который стал обозначать область физики конденсированного состояния, ранее известную как сильно коррелированные электронные системы. Хотя эта область обширна, объединяющей темой является открытие и исследование материалов, электронные свойства которых не могут быть поняты с помощью концепций из современных учебников по конденсированным состояниям.
В качестве парадигматического примера Оренштейн ссылается на нарушение теории ферми-жидкости Ландау из-за сильных корреляций. Термин «квантовые материалы» был расширен и применен к другим системам, таким как топологические изоляторы и электронные материалы Дирака. Этот термин приобрел популярность после того, как в 2016 году в журнале Nature Physics была опубликована статья «Рост квантовых материалов» . [2] Цитата:
На тривиальном уровне все материалы существуют благодаря законам квантовой механики, и есть циники, которые в частном порядке задаются вопросом, не является ли описание слишком широким и, в общем, броским для его же блага. Но, учитывая историю физики конденсированного состояния, которую мы только что обрисовали, есть веские причины использовать квантовые материалы. По сути, они обеспечивают общую нить, связывающую разрозненные сообщества исследователей, работающих над множеством проблем на стыке физики, материаловедения и инженерии.
Ссылки [ править ]
- ^ a b c Кава, Роберт; де Леон, Натали; Се, Вэйвэй (10.03.2021). «Введение: квантовые материалы» . Химические обзоры . 121 (5): 2777–2779. DOI : 10.1021 / acs.chemrev.0c01322 . ISSN 0009-2665 .
- ^ а б «Рост квантовых материалов» . Физика природы . 12 (2): 105. 01.02.2016. Bibcode : 2016NatPh..12..105. . DOI : 10.1038 / nphys3668 . ISSN 1745-2473 .
- ^ Харзеев, Дмитрий Е. (2014-03-01). «Хиральный магнитный эффект и перенос, вызванный аномалиями» . Прогресс в физике элементарных частиц и ядерной физике . 75 : 133–151. DOI : 10.1016 / j.ppnp.2014.01.002 . ISSN 0146-6410 .
- ^ Оренштайн, Джозеф (2012-08-31). «Сверхбыстрая спектроскопия квантовых материалов». Физика сегодня . 65 (9): 44–50. Bibcode : 2012PhT .... 65i..44O . DOI : 10.1063 / PT.3.1717 .
