Kuantum salınımları (deneysel teknik) - Quantum oscillations (experimental technique)

Yoğun madde
deneyleri
Bir süperiletkenin üzerinde bir mıknatısın havaya kaldırılması 2.jpg
ARPES
ARABA
nötron saçılması
X-ışını spektroskopisi
kuantum salınımları
Taramalı tünelleme mikroskobu

İçinde yoğun madde fiziği , Kuantum titreşimler ile ilgili olan bir dizi deney eşlemek için kullanılan teknikler Fermi yüzeyi a metal güçlü varlığında manyetik alan . Bu teknikler, ilkesine dayanmaktadır Landau nicemleme arasında Fermiyon bir manyetik alan içinde hareket ettirilmesi. Güçlü bir manyetik alandaki serbest fermiyonlardan oluşan bir gaz için, enerji seviyeleri , ayrılması manyetik alanın gücüyle orantılı olan Landau seviyeleri adı verilen bantlar halinde nicelenir . Kuantum salınım deneyde, harici bir manyetik alan Fermi yüzeyinin üzerinde geçmesine Landau seviyeleri neden olan, değiştirilebilir olan elektronik sallantı- sonuçlanır durum yoğunluğu en Fermi seviyesi ; bu, direnç ( Shubnikov-de Haas etkisi ), Hall direnci ve manyetik duyarlılık ( de Haas-van Alphen etkisi ) dahil olmak üzere buna bağlı birçok malzeme özelliğinde salınımlar üretir . Bir malzemede kuantum salınımlarının gözlemlenmesi, Fermi sıvı davranışının bir imzası olarak kabul edilir .

Kuantum salınımları, kupratlar ve pniktidler gibi yüksek sıcaklıktaki süperiletken malzemeleri incelemek için kullanılmıştır . Bu deneyleri kullanan çalışmalar, az katkılı kupratların temel durumunun bir Fermi sıvısına benzer şekilde davrandığını ve Landau yarı partikülleri gibi özellikler gösterdiğini göstermiştir .

2021'de bu teknik, "elektron-fonon sıvısı" olarak adlandırılan tahmini bir durumu gözlemlemek için kullanıldı; halihazırda bilinen benzer bir parçacık-yarı parçacık durumu, eksiton-polariton sıvısıdır.

Deney

Serbest yüklü fermiyonlardan oluşan bir sisteme bir manyetik alan uygulandığında , enerji durumları Landau seviyeleri olarak adlandırılan şekilde nicelenir.

Yüksek manyetik alan altında YBCO süper iletkeni. Alan kuvveti arttıkça süperiletkenlik bastırılır ve Landau salınımları gözlemlenebilir.

tamsayı değerli için , nerede dış manyetik alan ve sırasıyla fermiyon yükü ve etkin kütledir .

Yalıtılmış bir sistemde dış manyetik alan arttırıldığında, Landau seviyeleri genişler ve sonunda Fermi yüzeyinden "düşer". Bu, işgal edilen en yüksek seviyenin gözlemlenen enerjisinde ve dolayısıyla birçok fiziksel özellikte (Hall iletkenliği, özdirenç ve duyarlılık dahil) salınımlara yol açar. Bu salınımların periyodikliği ölçülebilir ve sırayla Fermi yüzeyinin kesit alanını belirlemek için kullanılabilir. Manyetik alanın ekseni sabit büyüklükte değiştirilirse, benzer salınımlar gözlenir. Salınımlar, Landau yörüngeleri Fermi yüzeyine değdiği zaman meydana gelir. Bu şekilde, Fermi küresinin tam geometrisi haritalanabilir.

az katkılı cupratlar

Underdoped kuprat çalışmaları gibi bileşikler YBA 2 Cu 3 O 6 + X gibi problar ile Arpes bu aşamaları karakteristiklerini gösteren göstermiştir olmayan Fermi sıvılar , özellikle de, iyi tanımlanmış Landau olmaması quasi . Bununla birlikte, süper iletkenlikleri yeterince yüksek bir manyetik alan tarafından bastırılırsa, bu malzemelerde düşük sıcaklıklarda kuantum salınımları gözlemlenmiştir; bu, fermiyonik istatistiklere sahip iyi tanımlanmış kuasipartiküllerin varlığının kanıtıdır . Dolayısıyla bu deneysel sonuçlar, ARPES ve diğer sondalardan elde edilenlerle aynı fikirde değildir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ a b Coldea, Amalia (2010). "Kuantum salınımları, yeni süperiletkenlerin normal elektronik durumlarını araştırıyor" . Royal Society A'nın Felsefi İşlemleri . 368 (1924): 3503-3517. Bibcode : 2010RSPTA.368.3503C . doi : 10.1098/rsta.2010.0089 . PMID  20603364 . Erişim tarihi: 20 Mart 2012 .
  2. ^ a b c Doiron-Leyraud, Nicolas; et al. (2007). "Kuantum salınımları ve az katkılı yüksek Tc süperiletkende Fermi yüzeyi". Doğa . 447 (7144): 565-8. arXiv : 0801.1281 . Bibcode : 2007Natur.447..565D . doi : 10.1038/nature05872 . PMID  17538614 . S2CID  4397560 .
  3. ^ Yoğun madde ve malzeme fiziği: çevremizdeki dünyanın bilimi . Ulusal Araştırma Konseyi. 2010. ISBN 978-0-309-13409-5.
  4. ^ Broun, DM (2008). "Kubbenin altında ne yatıyor?". Doğa Fiziği . 4 (3): 170-172. Bibcode : 2008NatPh...4..170B . doi : 10.1038/nphys909 .
  5. ^ Yang, Hung-Yu; Yao, Xiaohan; Plisson, Vincent; Mozaffari, Şirin; Scheifers, Jan P.; Savvidou, Aikaterini Flessa; Choi, Eun Sang; McCandless, Gregory T.; Padlewski, Mathieu F.; Putzke, Carsten; Moll, Philip JW (2021-09-06). "NbGe2'de birleştirilmiş elektron-fonon sıvısının kanıtı" . Doğa İletişimi . 12 (1): 5292. doi : 10.1038/s41467-021-25547-x . ISSN  2041-1723 . PMC  8421384 .
  6. ^ Kolej, Boston (2021-09-06). "Suyun Boruda Aktığı Gibi Elektronların Aktığı Yerde Yeni Metal Keşfedildi" . SciTechDaily . 2021-09-20 alındı .
  7. ^ a b Sebastian, Suchitra E.; Neil Harrison; Gilbert G. Lonzarich (2011). "Yüksek Tc cupratlarda kuantum salınımları" . Royal Society A'nın Felsefi İşlemleri . 369 (1941): 1687-1711. Bibcode : 2011RSPTA.369.1687S . doi : 10.1098/rsta.2010.0243 . PMID  21422021 . 23 Mart 2012 alındı .
  8. ^ a b Ibach, Harald; Hans Luth (1995). Katı hal fiziği: malzeme bilimi ilkelerine giriş . Berlin: Springer-Verlag. ISBN'si 978-3-540-58573-2.
  9. ^ Aleksandrov, AS (2008). "Az katkılı kuprat süperiletkenlerde kuantum manyeto-salınımlarının teorisi". Fizik Dergisi: Yoğun Madde . 20 (19): 192202. arXiv : 0711.0093 . Bibcode : 2008JPCM...20s2202A . doi : 10.1088/0953-8984/20/19/192202 . S2CID  117020227 .
  10. ^ Şamcelli, Andrea; Hüseyin, Zahid; Zhi-Xun Shen (2003). "Kuprat süperiletkenlerin açı çözümlü fotoemisyon çalışmaları". Modern Fizik İncelemeleri . 75 (2): 473. arXiv : koşul-mat/0208504 . Bibcode : 2003RvMP...75..473D . doi : 10.1103/RevModPhys.75.473 . S2CID  118433150 .