科學(xué)
研究人員在量子力學(xué)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了一種難以觀察的自旋類型。在物理學(xué)中，量子力學(xué)系統(tǒng)是一組在量子尺度上相互作用的組件。這是原子和亞原子粒子的領(lǐng)域，例如粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型中定義的那些。自旋是量子系統(tǒng)中的磁性粒子。研究人員成功模擬并測(cè)量了自旋如何在不同溫度下在固體材料中表現(xiàn)出一種稱為 Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) 的運(yùn)動(dòng)。他們的研究結(jié)果表明，KPZ 運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確地描述了某些量子材料中自旋鏈(相互相互作用的自旋的線性通道)的時(shí)間變化。
影響
這標(biāo)志著科學(xué)家首次在量子材料中發(fā)現(xiàn) KPZ 動(dòng)力學(xué)的證據(jù)。科學(xué)家此前僅在軟物質(zhì)和其他經(jīng)典材料中發(fā)現(xiàn)了 KPZ 動(dòng)力學(xué)，在這些材料中，常規(guī)力優(yōu)于量子力學(xué)。新的分析使該團(tuán)隊(duì)能夠獲得對(duì)流體特性和量子系統(tǒng)其他潛在特征的新見解。這些知識(shí)最終可以用于實(shí)際應(yīng)用。例如，它可以幫助使用自旋鏈提高傳熱能力。它還可以促進(jìn)自旋電子學(xué)領(lǐng)域的未來努力，通過操縱材料的自旋而不是電荷來節(jié)省能源并減少可能破壞量子過程的噪聲。
概括
在量子力學(xué)中，自旋以兩種方式從一個(gè)地方傳播到另一個(gè)地方。在彈道運(yùn)輸中，自旋在空間中自由傳播。在擴(kuò)散傳輸中，自旋會(huì)從磁性材料中的雜質(zhì)(或相互之間)反彈并緩慢擴(kuò)散。但是流體旋轉(zhuǎn)是不可預(yù)測(cè)的，有時(shí)會(huì)顯示出不尋常的運(yùn)動(dòng)。一個(gè)例子是 KPZ 動(dòng)力學(xué)，這是兩種標(biāo)準(zhǔn)形式的自旋輸運(yùn)之間的中間類別。在這種情況下，準(zhǔn)粒子在整個(gè)材料中隨機(jī)漫游并影響它們接觸的所有其他粒子。使用來自橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)和散裂中子源計(jì)算和數(shù)據(jù)環(huán)境的資源，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室研究計(jì)算的勞倫斯計(jì)算集群中心和國家能源研究科學(xué)計(jì)算中心，該團(tuán)隊(duì)首先模擬了氟化鉀銅中單個(gè)自旋鏈所展示的 KPZ 行為。接下來，他們檢查了材料晶體樣本中以前未探索過的區(qū)域，以測(cè)量真實(shí)物理自旋鏈的 KPZ 活性。這兩種方法都揭示了室溫下 KPZ 動(dòng)力學(xué)的證據(jù)，考慮到量子系統(tǒng)通常必須冷卻到幾乎絕對(duì)零才能顯示量子力學(xué)效應(yīng)，這是一個(gè)令人驚訝的成就。
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