Fracționarea

În fizică , fracționarea  este fenomenul prin care  cvasiparticulele unui sistem nu pot fi construite ca combinațiile constituenților săi elementari. Un exemplu important și printre primele găsite este cel al efectului Hall cuantic fracționat . În acest caz, particulele constitutive sunt electroni , dar cvasiparticulele au o sarcină electrică care este o fracțiune din cea a unui electron. Fracționarea poate fi înțeleasă ca o deconfinare a cvasiparticulelor care, împreună, formează un constituent elementar. În cazul separării spin-charge, de exemplu, electronul poate fi considerat ca o stare legată a unui "spinon" și a unui "chargon", care, în anumite condiții, poate deveni liber să se miște separat.

Povestea

Efectul Hall cuantic a fost descoperit în 1980, când a fost măsurată conductivitatea cuantificată. Laughlin a propus un fluid de încărcare fracțională în 1983 ca model pentru a explica efectul cuantic fracționat Hall detectat în 1982, ceea ce i-a adus o parte din Premiul Nobel pentru fizică din 1998. În 1997, un curent electric cu purtători având o a treia încărcare a electronul a fost observat direct. Efectul analogic cu o cincime de încărcare a fost observat în 1999. De atunci au fost detectate diferite fracții impare.

Ulterior s-a arătat că materialele magnetice dezordonate formează faze interesante de rotire. Fracționarea centrifugării a fost observată în centurile de gheață în 2009 și în lichidele de centrifugare în 2012.

Sarcinile fracționare rămân un subiect activ de cercetare în fizica materiei condensate. Studiul acestor faze cuantice influențează înțelegerea supraconductivității și a izolatorilor cu transport de suprafață pentru computerele cuantice topologice.

Fizic

Efectele multicorpilor în faze complexe ale materiei duc la proprietăți emergente care au o descriere în termeni de cvasiparticule. Într-un solid, comportamentul electronilor este descris în special în termeni de magnoni, excitații, găuri și sarcini. Spinonii, încărcăturile și anionii sunt cvasiparticule care nu au o descriere în ceea ce privește elementele constitutive, adică electronii. În special, oricine are o statistică fracționată.


Sisteme

Unele solitoni 1D, cum ar fi peretele de domeniu format în poliacetilenă, prezintă sarcini electrice fracționate. Separarea sarcinii și a spinului în spinoni și holoni a fost detectată pentru electronii 1D din SrCuO 2. 

Lichidele de centrifugare cu excitații de centrifugare pot apărea în cristalele magnetice frustrate. ZnCu 3 (OH) 6 Cl 2( Herbertsmithite ) și α-RuCI 3 sunt două exemple bidimensionale. În trei dimensiuni, rotirile de gheață apar în Dy2Ti2O7 și Ho2Ti2O, fracționarea gradelor de libertate duce la deconfinarea monopolurilor magnetice. Excitațiile fracționate ar trebui contrastate cu unele cvasiparticule precum  magnonii și perechile Cooper , care au numere cuantice care sunt combinații ale elementelor constitutive. 

Note

  1. „S-au  descoperit purtători de încărcare fracționată  ” , pe Physics World , 24 octombrie 1997(accesat la 8 februarie 2010 )
  2. „  Localizarea cvasi-particulelor încărcate fracționat  ”, Știință , vol.  305, nr .  5686,2004, p.  980–3 ( PMID  15310895 , DOI  10.1126 / science.1099950 , Bibcode  2004Sci ... 305..980M )
  3. RA Bertlmann și A. Zeilinger, Quantum (Un) speakables: From Bell to Quantum Information , Springer Science & Business Media,27 iulie 2002, 389-91  p. ( ISBN  978-3-540-42756-8 , citit online )
  4. B. J Kim , H Koh , E Rotenberg și S. -J Oh , „  Dispersii distincte de spinon și holon în funcții spectrale de fotoemisiune din SrCuO2 unidimensional  ”, Nature Physics , vol.  2, n o  6,21 mai 2006, p.  397–401 ( DOI  10.1038 / nphys316 , Bibcode  2006NatPh ... 2..397K )
  5. A. Banerjee , CA Bridges și J.-Q. Yan , „  Comportamentul lichidului cu rotire cuantică proxima Kitaev într-un magnet cu fagure  ”, Nature Materials , vol.  15, n o  7,4 aprilie 2016, p.  733–740 ( PMID  27043779 , DOI  10.1038 / nmat4604 , Bibcode  2016NatMa..15..733B , arXiv  1504.08037 )
  6. C. Castelnovo, R. Moessner și S. Sondhi, „  Spin Ice, Fraccionalization, and Topological Order  ”, Revista anuală a fizicii materiei condensate , vol.  3, n o  20122012, p.  35–55 ( DOI  10.1146 / annurev-conmatphys-020911-125058 , arXiv  1112.3793 )