JooHyeon Heo, Ulsan Milli Elm və Texnologiya İnstitutu

Gaby Clark tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriKredit: Fiziki İcmal Məktubları (2025). DOI: 10.1103/q46t-hck1

“Allah zar oynamaz.” Albert Eynşteynin bu məşhur sözü kvant mexanikasının ehtimal xarakterini tənqid etdi. Paradoksal olaraq, onun nisbilik nəzəriyyəsi kvant mexanikasının əsas mövzuları olan elektronların davranışını başa düşmək üçün vacib bir vasitəyə çevrildi.

Elektronlar o qədər kiçikdir ki, onların davranışı kvant mexanikası vasitəsilə təhlil edilməlidir, lakin onlar həm də relativistik mülahizələri tələb edən sürətlə hərəkət edirlər. Bu iki nəzəriyyənin əsaslı şəkildə fərqli başlanğıc nöqtələrinə görə vahid, ardıcıl təsvirə nail olmaq əhəmiyyətli problemlər yaratdı.

İndi, Physical Review Letters -də dərc edilmiş təməlqoyma tədqiqatı bu bölünməni aradan qaldıran, bərk cisimlərdə elektron dinamikasını başa düşmə tərzimizi potensial olaraq yenidən formalaşdıran yeni bir yanaşma təklif edir.

UNIST-in Fizika Departamentində professor Noejung Parkın və Yonsei Universitetinin professoru Kyoung-Whan Kimin rəhbərlik etdiyi tədqiqatçılar qrupu bərk materiallarda elektron spininin daha dəqiq təsvirlərini verməyə imkan verən yeni nəzəri çərçivə təqdim ediblər.

Elektronlar iki növ bucaq impulsuna malikdir: spin və orbital bucaq impulsu. Bənzətmə gətirmək üçün spini Yerin fırlanmasına bənzətmək olar, orbital bucaq momentumu isə Yerin günəş ətrafında fırlanmasına bənzəyir.

Bu iki bucaq momentum forması materialın maqnit və keçirici xüsusiyyətlərinin müəyyən edilməsində mühüm rol oynayan spin-orbit birləşməsi vasitəsilə bir-birinə təsir edir.

Bununla belə, spin-orbit qarşılıqlı təsiri əsasən yüksək enerjilərdə relativistik təsirlərdən yaranır , halbuki yarımkeçiricilər kimi bərk cisim sistemlərində aşağı enerjilərdə kvant mexaniki hadisələr üstünlük təşkil edir.

Ənənəvi olaraq, bu qeyri-bərabərlik vahid çərçivə daxilində spin-orbit effektlərini hərtərəfli modelləşdirmək imkanını məhdudlaşdırmışdır. Məsələn, bir kristal qəfəs daxilində orbital bucaq momentumunu dəqiq müəyyən etmək xüsusilə çətin olmuşdur.

Cavab olaraq, tədqiqat qrupu orbital bucaq momentum operatoruna etibar etmədən spin-orbit birləşməsini təsvir edən yenilikçi nəzəri yanaşma təklif etdi. Bunun əvəzinə onlar bərk cisimlərdə elektronların kvant mexaniki təsvirinə birbaşa daxil edilə bilən relativistik effekt olan spin-torlu qarşılıqlı əlaqə konsepsiyasını təqdim etdilər.

Komanda yeni metodunu müxtəlif fiziki sistemlərə, o cümlədən bir ölçülü keçiricilərə (məsələn, platin zəncirləri), iki ölçülü izolyatorlara ( altıbucaqlı bor nitridi kimi ) və üç ölçülü yarımkeçiricilərə (məsələn, qallium arsenid) tətbiq etməklə təsdiqlədi.

Onların nəticələri adi modellərlə müqayisədə spin paylamalarının, spin cərəyanlarının və maqnit reaksiyalarının proqnozlaşdırılmasında təkmilləşdirilmiş dəqiqlik və səmərəlilik nümayiş etdirdi.

Birgə tədqiqat qrupu şərh etdi: “Bizim yanaşmamız kvant mexanikası və nisbilik arasındakı boşluqdan irəli gələn uzunmüddətli hesablama uyğunsuzluqlarını həll edir. O, spintronika və gələcək nəsil yaddaş cihazlarında gələcək tədqiqatlar üçün möhkəm zəmin yaradır.”

Hazırda Pensilvaniya Universitetində doktorluqdan sonrakı tədqiqatçı olan Dr. Bumseop Kimin rəhbərlik etdiyi bu irəliləyiş spin əsaslı hadisələrin daha dəqiq modelləşdirilməsinə yol açır və qabaqcıl spintronik cihazların və kvant informasiya texnologiyalarının dizaynı üçün əsas nəzəriyyə kimi xidmət edə bilər.

Daha çox məlumat: Bumseop Kim və başqaları, Bərk cisimlərdə Diskret Tərcümə Simmetriyası ilə Uyğun Relativistik Spin-Qəfəs Qarşılıqlılığı, Fiziki İcmal məktubları (2025). DOI: 10.1103/q46t-hck1

Jurnal məlumatı: Fiziki baxış məktubları 

Ulsan Milli Elm və Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir