写的AZoM4月1日2021年
美国能源部橡树岭实验室、劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校的研究人员利用互补计算和中子散射技术，发现了量子力学系统中难以捉摸的自旋动力学的存在。
该团队成功地模拟和测量了被称为自旋的磁性粒子如何在不同温度下在固体材料中表现出一种被称为kardar - paris yabo214- zhang (KPZ)的运动。亚博网站下载直到现在，科学家们还没有在软物质和其他经典材料之外发现这种特殊现象的证据。亚博网站下载
这些发现发表在自然物理展示KPZ场景准确地描述了旋转链的时间变化 - 旋转的线性通道彼此相互作用，而是在某些量子材料中彼此相互忽视，确认先前未经证实的假设。亚博网站下载
“看到这种行为令人惊讶,因为这是一个最古老的问题在量子物理社区,和自旋链是量子力学的重要基础之一,”艾伦·坦南特说领导一个项目在量子磁性量子科学中心,或QSC ORNL总部。亚博老虎机网登录
通过观察这种非常规的行为，研究小组对量子系统的流体性质和其他潜在特征的细微差别有了深刻的认识，这些特性最终可以应用于各种应用中。
对这一现象的更好理解可以帮助我们利用自旋链提高热传输能力，或者促进未来在自旋电子学领域的努力。自旋电子学可以通过控制材料的自旋而不是电荷来干扰量子过程，从而节约能量和减少噪音。
通常，旋转从一个地方进行，通过弹性传输，它们通过空间或扩散运输自由行进，在其中它们在材料中随机地反射杂质 - 或者彼此 - 并缓慢地展开。
但是流体自旋是不可预测的，有时显示出不同寻常的流体动力学性质，例如KPZ动力学，这是自旋输运的两种标准形式之间的一个中间类别。在这种情况下，特殊的准粒子在物质中随机漫游，并影响它们接yabo214触到的每一个其他粒子。
“KPZ的想法是,如果你看看两种材料之间的界面的发展随着时间的推移,你看到类似于一种特定的扩展堆沙子或雪越来越大,像一种真实的俄罗斯方块形状不亚博网站下载均匀,而不是建立在对方填写的空白,“加州大学伯克利分校的教授、LBNL的高级教员、QSC的首席科学家乔尔·摩尔说。
行动中KPZ动态的另一个日常例子是桌子，过山车或其他家庭表面的标记由一杯热咖啡。咖啡粒子的形状会影响它们的漫射方式。yabo214随着水蒸发，形yabo214成环形染色，圆形颗粒在边缘堆积起来。然而，椭圆形粒子表现出KPZ动yabo214力学，并通过像锥形块相同地堵塞这种运动，导致填充圆圈。
KPZ行为可以作为普遍性的类分类，这意味着它根据基于其结构的数学相似性，这介绍了根据KPZ方程的数学相似性，而不管使它们唯一的微观细节。
为了准备他们的实验，研究人员首先用来自ORNL的科学计算和数据环境、LBNL的劳伦斯计算集群和国家能源研究科学计算中心(位于LBNL的能源部科学办公室用户设施)的资源完成了模拟。亚博老虎机网登录利用海森堡各向同性自旋模型，他们模拟了氟化铜钾中单一维自旋链所证明的KPZ动力学。
“这种材料已经研究了近50年，因为它的一维行为，我们选择重点关注它，因为之前的理论模拟显示，这种设置可能产生KPZ流体动力学，”美国国家实验室的博士后研究员艾伦·谢伊说。
然后，该团队使用了位于美国能源部科学办公室位于ORNL的散裂中子源上的红杉光谱仪，来检查一个物理晶体样品中以前未探索过的区域，并测量真实的物理自旋链的KPZ集体活动。亚博老虎机网登录中子是理解复杂磁性行为的一个特殊的实验工具，因为它们的中性电荷和磁矩以及它们以非破坏性的方式深入穿透材料的能力。亚博网站下载
两种方法都揭示了在室温下KPZ行为的证据，考虑到量子系统通常必须冷却到几乎绝对的零以表现出量子机械效果的令人惊讶的成就。研究人员预计这些结果将保持不变，无论温度的变化如何。
“我们看到相当微妙的量子效应在高温下仍然存在，这是一个理想的情况，因为它表明了解和控制磁网络可以帮助我们利用量子力学性质的力量，”坦南特说。
该项目在QSC的发展中开始，最近推出的五个Quotum信息科学研究中心之一竞争地授予Doe的多机构团队。亚博老虎机网登录研究人员已经意识到他们的综合利益和专业知识完美地定位了他们解决这个臭名昭着的艰难的研究挑战。
他们计划通过QSC等途径，完成相关实验，培养对磁场影响下一维自旋链的更好理解，以及针对2D系统的类似项目。
“我们展示了自旋以一种特殊的量子力学方式移动，即使是在高温下，这为许多新的研究方向开辟了可能性，“摩尔说。
这项工作由DOE科学办公室资助。亚博老虎机网登录Quantum Science Center，Simons Foundation的调查员计划提亚博老虎机网登录供了额外的支持。
UT-Battelle设法为Doe Science Offorments oak岭国家实验室，是美国物理科学基础研究的最大支持者。亚博老虎机网登录Doe的科学办公室正在努力解决我亚博老虎机网登录们时代最紧迫的挑战。有关更多信息，请访问https://energy.gov/亚博老虎机网登录science.--伊丽莎白·罗森塔尔
来源:http://www.ornl.gov/