Nyligen polariserade oelastriska neutronspridningsexperiment har identifierat amplitud (dvs. Higgs) -läget i C. ₉ H ₁₈ N ₂ CuBr ₄ , en 2-D, nära-kvantkritisk spin-ladder-förening som uppvisar en svag lättaxelbytesanisotropi. Inspirerad av dessa fynd, forskare vid RWTH Aachen University, Harbin Institute of Technology och University of Erlangen-Nürnberg har genomfört en studie som undersökte den dynamiska rotationsstrukturen för plana kopplade spinnstegssystem med hjälp av storskaliga Quantum Monte Carlo (QMC) simuleringar.

"Observationen och förståelsen av Higgs -amplitudläget i kvantmagneter är spännande, eftersom det kopplar forskning inom högenergifysik (Nobelpris 2013 för observation av Higgs-partikeln) till liknande begrepp inom kondenserad fysik, "Kai Phillip Schmidt och Stefan Wessel, två av forskarna som genomförde studien, berättade Phys.org via e -post. "Dock, detta läge är ganska skört i många plana magneter, så dess potentiella experimentella upptäckt i en plan kvantmagnet av kopplade spinnstegar genom oelastisk neutronspridning kom som en överraskning. "

För studiens syfte, Schmidt utvecklade en ungefärlig teori, som ännu inte var starkt bekräftat via kvantitativ modellering. För att uppnå detta, Wessel, som Schmidt var väl bekant med, och Tao Ying, en postdoktorand under Wessels handledning, bestämde sig för att försöka tillämpa Monte Carlo -simuleringar på detta problem.

Väsentligen, de bestämde sig för att undersöka den dynamiska rotationsfaktorn hos tidigare identifierade plankopplade spin-ladder-system med hjälp av QMC-simuleringar. Deras kombinerade studie, publicerad i Fysiska granskningsbrev ( PRL ), tillät dem att uppnå en kvantitativ förståelse av Higgs -amplitudläget som beskrivits i tidigare forskning.

"Den dynamiska strukturfaktorn är viktig, eftersom den innehåller fullständig information om magnetiska excitationer (som Higgs amplitudläge) och det är den väsentliga kvantiteten som mäts genom oelastisk neutronspridning, "Schmidt och Wessel sa." Quantum Monte Carlo (QMC) simuleringar är ett mycket kraftfullt numeriskt verktyg för att studera vissa klasser av kvantmagneter och för att extrahera den dynamiska strukturfaktorn, vilket vanligtvis är mycket svårt att få på andra sätt. "

Med hjälp av toppmoderna QMC-simuleringstekniker, Schmidt, Wessel och Ying kunde jämföra de numeriska värdena för vissa excitationsenergier med de som mäts vid oelastisk neuronspridning. Detta tillät dem sedan att identifiera de magnetiska interaktioner som finns i en viss kvantmagnet.

"Den kvantitativa modelleringen av den specifika experimentella kvantmagneten och möjligheten att tolka arten av de observerade magnetiska excitationerna i teorin möjliggör en noggrann identifiering av Higgs amplitudläge i ett tvådimensionellt system med kopplade spinnstegar, "Schmidt och Wessel sa." Dessutom, vi kunde spåra egenskaperna hos Higgs amplitudläge över ett stort parametrarutrymme i vår modell. Detta gjorde att vi kunde följa denna partikel upp till den så kallade Ising-gränsen, som är en av de mest paradigmatiska modellerna inom fysik. "

I deras studie, Schmidt, Wessel och Ying kunde uttryckligen förstå Higgs -amplitudläget som observerades i tidigare experiment som ett bundet tillstånd för två konventionella magnetiska excitationer, vilket är i analogi med en molekyl som består av atomer. Deras arbete visar att det är möjligt att formulera en kvantitativ teori för att förstå spindynamiken hos nära-kvantkritiska 2-D-magneter, med toppmoderna QMC-simuleringstekniker. Medan de specifikt tillämpade sin teori på förening C ₉ H ₁₈ N ₂ CuBr ₄ , de tror att den också kan användas för att förstå kvantspinndynamiken för andra liknande magnetiska föreningar.

"Det finns olika intressanta vägar att följa i framtiden, "Schmidt och Wessel sa." I synnerhet det kommer att vara viktigt att få en förståelse för ödet för Higgs amplitudläge när det ställs in närmare kvantkritiska punkter, t.ex. vid applicering av ett magnetfält eller yttre tryck, hur beter sig denna excitation och blir den instabil? "

© 2019 Science X Network