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811sun.com:模型模拟器可帮助研究人员绘制复杂的物理现象图

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要了解量子粒子的行为,811sun.com:可以想象一下一场弹球游戏,但是数十亿甚至更多,而不是一个金属球,它们相互之间以及周围都在飞驰。

长期以来,物理学家一直试图研究这种强相关粒子的相互作用系统,这可能有助于阐明诸如高温超导性和磁性之类难以捉摸的物理学现象。

一种经典方法是创建一个简化的模型,以捕获这些粒子相互作用的本质。1963年,物理学家Martin Gutzwiller,Junjiro Kanamori和John Hubbard分开工作,提出了后来被称为Hubbard模型的模型,该模型描述了许多相互作用的量子粒子的基本物理学。但是,该模型的解决方案仅存在于一维。几十年来,物理学家一直试图通过创建可以模拟它的量子模拟器来在二维或三维中实现哈伯德模型。

康奈尔(Cornell)领导的合作已成功使用重叠的超薄单层膜制作出了莫尔条纹,从而成功创建了这种模拟器。然后,研究小组使用该固态平台绘制了一个长期存在的物理难题:三角形晶格哈伯德模型的相图。

他们的论文“在WSe2 / WS2莫尔超晶格中的哈伯德模型物理模拟”已于3月18日在《自然》杂志上发表。主要作者是博士后研究员唐彦浩。

该项目由文理学院物理副教授麦健辉(Kim Fai Mak)领导,该论文的共同资深作者与工程学院应用与工程物理教授杰山(Jian Shan)一起。两位研究人员都是康奈尔大学纳米级科学Kavli研究所的成员,他们是通过教务长的纳米科学与分子工程(NEXT Nano)计划来到康奈尔大学的。他们共享的实验室专门研究原子薄量子材料的物理学。

他们的实验室与德克萨斯大学奥斯汀分校物理学教授艾伦·麦克唐纳(Allan MacDonald)合作,他在2018年理论上通过堆叠两个半导体原子单层可以实现哈伯德模型模拟器的理论,这是Mak和Shan一直在研究的材料十年。

“我们所做的是采用该半导体的两个不同的单层,即二硫化钨(WS2)和二硒化钨(WSe2),它们的晶格常数彼此之间略有不同。当您将一个叠层放在另一个叠层上时,您将创建一个称为波纹超晶格的图案。” 麦说。

莫尔超晶格看起来像一系列互锁的六边形,并且在交叉影线图案的每个接合点或位置,研究人员都放置了一个电子。这些电子通常被位点之间的能垒捕获在适当的位置。但是电子具有足够的动能,偶尔它们可以跳越势垒并与相邻的电子相互作用。

麦说:“如果没有这种互动,那么实际上一切都会被理解并且很无聊。” “但是当电子跳来跳去并相互作用时,这非常有趣。这就是您获得磁性和超导性的方式。”

由于电子带有负电荷并且彼此排斥,因此,当电子相互作用时,这些随之而来的相互作用变得越来越复杂,因此需要一个简化的系统来理解其行为。

麦说:“我们可以非常精确地控制每个位置的电子占有率。” “然后我们测量系统并绘制出相图。它是哪种磁相?磁相如何取决于电子密度?”

到目前为止,研究人员已经使用模拟器进行了两个重大发现:观察Mott绝缘状态,以及绘制系统的磁相图。莫特绝缘子是应该像金属一样工作并导电的材料,但其功能却像绝缘子一样-物理学家预言了哈伯德模型将证明这一现象。Mott绝缘子的磁性基态也是研究人员正在继续研究的重要现象。

尽管还有其他量子模拟器,例如使用冷原子系统和由激光束产生的人工晶格的量子模拟器,但Mak表示,他的团队的模拟器具有明显的优势,即可以轻松控制或调整“真正的多粒子模拟器”。 -颗粒密度。该系统还可以达到更低的有效温度,并评估模型的热力学基态。同时,当电子共享相同的位点时,新的模拟器不能很好地调节电子之间的相互作用。

麦克说:“我们想发明新技术,以便我们还可以控制两个电子的现场排斥。” “如果我们能够控制这一点,那么我们的实验室将拥有一个高度可调的Hubbard模型。然后,我们可以获得Hubbard 模型的完整相图。”

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