التجزئة

في ميكانيكا الكم ، التكسير هو الظاهرة التي لا يمكن من خلالها إنشاء شبه الجسيمات لنظام ما كمجموعات من مكوناته الأولية. أحد أقدم الأمثلة وأبرزها هو تأثير هول الكمي الكسري ، حيث تكون الجسيمات المكونة عبارة عن إلكترونات ولكن شبه الجسيمات تحمل كسورًا من شحنة الإلكترون . ^[1]^[2] يمكن فهم التكسير على أنه إزالة القيود عن شبه الجسيمات التي يُنظر إليها معًا على أنها تشكل المكونات الأولية. في حالة فصل الشحنة المغزلية ، على سبيل المثال، يمكن النظر إلى الإلكترون كحالة مقيدة لـ "سبينون " و" هولون (أو شارجون )"، والتي يمكن أن تصبح حرة في الحركة بشكل منفصل في ظل ظروف معينة.

تاريخ

تم اكتشاف موصلية هول الكمومية في عام 1980، وهي مرتبطة بشحنة الإلكترون. اقترح لافلين سائلًا من الشحنات الكسرية في عام 1983، لشرح تأثير هول الكمومي الكسري (FQHE) الذي شوهد في عام 1982، والذي تقاسم عنه جائزة نوبل في الفيزياء عام 1998. في عام 1997، لاحظت التجارب بشكل مباشر تيارًا كهربائيًا بشحنة ثلث. شوهدت الشحنة الخامسة في عام 1999 وتم منذ ذلك الحين اكتشاف العديد من الكسور الفردية.

وقد تبين لاحقًا أن المواد المغناطيسية غير المنظمة تشكل أطوارًا دورانية مثيرة للاهتمام. وقد شوهدت تجزئة الدوران في الجليد الدوراني في عام 2009 والسوائل الدورانية في عام 2012.

تظل الشحنات الكسرية موضوعًا نشطًا في فيزياء المادة المكثفة. تؤثر دراسات هذه المراحل الكمومية على فهم الموصلية الفائقة والعوازل ذات النقل السطحي لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الطوبولوجية .

الفيزياء

تؤدي تأثيرات الأجسام المتعددة في المواد المكثفة المعقدة إلى خواص ناشئة يمكن وصفها بأنها شبه جسيمات موجودة في المادة. يمكن اعتبار سلوك الإلكترون في المواد الصلبة بمثابة ماغنونات شبه جسيمية، وإكسيتونات، وثقوب، وشحنات ذات كتلة فعالة مختلفة. لا يمكن اعتبار السبينونات، والشارجونات، والأنيونات تركيبات جسيمات أولية. وقد شوهدت إحصاءات كمية مختلفة؛ تكتسب وظائف الموجة للأنيونات طورًا مستمرًا في المقابل: ^[3]

P(|\Psi _{1}\rangle |\Psi _{2}\rangle )=e^{i\theta }|\Psi _{2}\rangle |\Psi _{1}\rangle

لقد تم إدراك أن العديد من العوازل لها سطح موصل لحالات الغاز الإلكترونية الكمية ثنائية الأبعاد.

الأنظمة

تؤدي الجسيمات السوليتونية في 1D، مثل البولي أسيتيلين ، إلى شحنات نصفية. ^[4] تم الكشف عن فصل الشحنة الدورانية إلى سبينونات وهولونات في الإلكترونات في 1D SrCuO2 _. [ ^5] تمت دراسة الأسلاك الكمية ذات سلوك الطور الكسري.

تحدث السوائل الدورانية ذات الإثارات الدورانية الكسرية في البلورات المغناطيسية المحبطة، مثل ZnCu 3 ₍ OH) ₆ Cl ₂ ( herbertsmithite )، وفي α-RuCl _3.^[6] كما لوحظت إثارات دورانية كسرية 1/2 في سلاسل الدوران الكمومية 1. ^[7] يتميز الجليد الدوراني في Dy ₂ Ti ₂ O ₇ وHo ₂ Ti ₂ O ₇ بحرية دوران مجزأة، مما يؤدي إلى أحاديات أقطاب مغناطيسية غير مقيدة. ^[8] يجب مقارنتها بجسيمات شبه جسيمية مثل الماغنونات وأزواج كوبر ، والتي لها أرقام كمية عبارة عن مجموعات من المكونات. قد تكون أنظمة هول الكمومية الأكثر شهرة، والتي تحدث في المجالات المغناطيسية العالية في مواد غاز الإلكترون ثنائية الأبعاد مثل الهياكل غير المتجانسة GaAs. تحمل الإلكترونات المدمجة مع دوامات التدفق المغناطيسي التيار. يُظهر الجرافين تجزئة الشحنة.

لقد تم إجراء محاولات لتوسيع السلوك الكسري إلى أنظمة ثلاثية الأبعاد. تم استكشاف الحالات السطحية في العوازل الطوبولوجية للمركبات المختلفة (مثل سبائك التيلوريوم والأنتيمون ) وبلورات المعادن النقية ( البزموت ) ^{[9] للحصول على توقيعات التجزئة.}

ملحوظات

^ "اكتشاف حاملات شحنة كسرية". عالم الفيزياء . 24 أكتوبر 1997. مؤرشف من الأصل في 2010-01-17 . تم استرجاعه في 2010-02-08 .
^ مارتن جيه، إيلاني إس، فيردين بي، سميت جيه، أومانسكي في، ماهالو د، شوه د، أبستريتر جي، ياكوبي أ (2004). “توطين الجسيمات شبه المشحونة جزئيا”. علوم . 305 (5686): 980– 3. بيب كود :2004Sci...305..980M. دوى :10.1126/science.1099950. بميد 15310895.
^ ستيرن، آدي؛ ليفين، مايكل (يناير 2010). "وجهة نظر: تحرير الأنيونات من بعدين". فيزياء . 3 : 7. رمز Bibcode :2010PhyOJ...3....7S. doi : 10.1103/Physics.3.7 .
^ RA Bertlmann; A. Zeilinger (2002-07-27). Quantum (Un)speakables: From Bell to Quantum Information . Springer Science & Business Media. ص 389-391. ISBN 978-3-540-42756-8.
^ كيم، بي. جيه؛ كوه، إتش؛ روتنبرج، إي؛ أوه، إس. -جيه؛ إيساكي، إتش؛ موتوياما، إن؛ أوشيدا، إس؛ توهياما، تي؛ مايكاوا، إس؛ شين، زد. -إكس؛ كيم، سي (21 مايو 2006). "تشتتات سبينون وهولون مميزة في وظائف الطيف الضوئي من SrCuO2 أحادي البعد". فيزياء الطبيعة . 2 (6): 397– 401. رمز Bibcode :2006NatPh...2..397K. doi :10.1038/nphys316.
^ Banerjee, A.; Bridges, CA; Yan, J.-Q.; et al. (4 April 2016). "سلوك السائل المغزلي الكمومي لـ Kitaev التقريبي في مغناطيس قرص العسل". Nature Materials . 15 (7): 733– 740. arXiv : 1504.08037 . Bibcode :2016NatMa..15..733B. doi :10.1038/nmat4604. PMID 27043779.
^ ميشرا ، شانتانو. كاتارينا، غونزالو؛ وو فوبينج. أورتيز، ريكاردو. يعقوب، ديفيد؛ إيمري، كريستيان؛ ما، جي؛ بينيدولي، كارلو أ؛ فنغ، شينليانغ؛ روفيوكس، باسكال؛ فرنانديز روسييه، خواكين؛ فاصل، روماني (13 أكتوبر 2021). “ملاحظة إثارات الحافة الكسرية في سلاسل دوران النانوجرافين”. طبيعة . 598 (7880): 287–292 . أرخايف : 2105.09102 . بيب كود :2021Natur.598..287M. دوى :10.1038/s41586-021-03842-3. PMID 34645998. S2CID 234777902.
^ C. Castelnovo؛ R. Moessner؛ S. Sondhi (2012). "الجليد الدوراني، والتجزئة، والنظام الطوبولوجي". المراجعة السنوية لفيزياء المادة المكثفة . 3 (2012): 35– 55. arXiv : 1112.3793 . doi :10.1146/annurev-conmatphys-020911-125058.
^ بهنيا ، ك. باليكاس، إل؛ كوبيليفيتش، واي (2007). “توقيعات التجزئة الإلكترونية في البزموت الفائق الكم”. علوم . 317 (5845): 1729-1731 . أرخايف : 0802.1993 . بيب كود :2007Sci...317.1729B. دوى :10.1126/science.1146509. بميد 17702909.

Original text

Rate this translation

Your feedback will be used to help improve Google Translate

[1] "اكتشاف حاملات شحنة كسرية". عالم الفيزياء . 24 أكتوبر 1997. مؤرشف من الأصل في 2010-01-17 . تم استرجاعه في 2010-02-08 .

[2] مارتن جيه، إيلاني إس، فيردين بي، سميت جيه، أومانسكي في، ماهالو د، شوه د، أبستريتر جي، ياكوبي أ (2004). “توطين الجسيمات شبه المشحونة جزئيا”. علوم . 305 (5686): 980– 3. بيب كود :2004Sci...305..980M. دوى :10.1126/science.1099950. بميد 15310895.

[3] ستيرن، آدي؛ ليفين، مايكل (يناير 2010). "وجهة نظر: تحرير الأنيونات من بعدين". فيزياء . 3 : 7. رمز Bibcode :2010PhyOJ...3....7S. doi : 10.1103/Physics.3.7 .

[4] RA Bertlmann; A. Zeilinger (2002-07-27). Quantum (Un)speakables: From Bell to Quantum Information . Springer Science & Business Media. ص 389-391. ISBN 978-3-540-42756-8.

[5] كيم، بي. جيه؛ كوه، إتش؛ روتنبرج، إي؛ أوه، إس. -جيه؛ إيساكي، إتش؛ موتوياما، إن؛ أوشيدا، إس؛ توهياما، تي؛ مايكاوا، إس؛ شين، زد. -إكس؛ كيم، سي (21 مايو 2006). "تشتتات سبينون وهولون مميزة في وظائف الطيف الضوئي من SrCuO2 أحادي البعد". فيزياء الطبيعة . 2 (6): 397– 401. رمز Bibcode :2006NatPh...2..397K. doi :10.1038/nphys316.

[6] Banerjee, A.; Bridges, CA; Yan, J.-Q.; et al. (4 April 2016). "سلوك السائل المغزلي الكمومي لـ Kitaev التقريبي في مغناطيس قرص العسل". Nature Materials . 15 (7): 733– 740. arXiv : 1504.08037 . Bibcode :2016NatMa..15..733B. doi :10.1038/nmat4604. PMID 27043779.

[7] ميشرا ، شانتانو. كاتارينا، غونزالو؛ وو فوبينج. أورتيز، ريكاردو. يعقوب، ديفيد؛ إيمري، كريستيان؛ ما، جي؛ بينيدولي، كارلو أ؛ فنغ، شينليانغ؛ روفيوكس، باسكال؛ فرنانديز روسييه، خواكين؛ فاصل، روماني (13 أكتوبر 2021). “ملاحظة إثارات الحافة الكسرية في سلاسل دوران النانوجرافين”. طبيعة . 598 (7880): 287–292 . أرخايف : 2105.09102 . بيب كود :2021Natur.598..287M. دوى :10.1038/s41586-021-03842-3. PMID 34645998. S2CID 234777902.

[8] C. Castelnovo؛ R. Moessner؛ S. Sondhi (2012). "الجليد الدوراني، والتجزئة، والنظام الطوبولوجي". المراجعة السنوية لفيزياء المادة المكثفة . 3 (2012): 35– 55. arXiv : 1112.3793 . doi :10.1146/annurev-conmatphys-020911-125058.

[9] بهنيا ، ك. باليكاس، إل؛ كوبيليفيتش، واي (2007). “توقيعات التجزئة الإلكترونية في البزموت الفائق الكم”. علوم . 317 (5845): 1729-1731 . أرخايف : 0802.1993 . بيب كود :2007Sci...317.1729B. دوى :10.1126/science.1146509. بميد 17702909.