Naukowcy z działu fizyki teoretycznej Uniwersytetu Nankai zaproponowali przełomową hipotezę dotyczącą potencjału wektora spinowego i jego weryfikacji poprzez efekt spin Aharonov-BoHM (AB). Pod przewodnictwem profesora Jing-Ling Chena, wraz ze swoimi studentami Xing-Yan Fan i Xiang-Ru Xie na Uniwersytecie Nankai, badanie to przedstawia nowe podejście do zrozumienia interakcji między spinami i potencjałami elektromagnetycznymi. Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Fundamental Research.
„Efekt Aharonov-Bohm jest kwintesencją zjawiska kwantowego, w którym na naładowaną cząstkę wpływa potencjał elektromagnetyczny, mimo że jest w obszarze wolnym od pola. Podkreśla to znaczenie potencjałów w fizyce kwantowej ”, wyjaśnia profesor Chen. Ponadto dodaje: „Nasza praca rozszerza tę koncepcję na wirowanie, proponując potencjał wektora spinowego i demonstrując jego efekty poprzez eksperyment myślowy podobny do klasycznego eksperymentu z podwójnym rozliczonym interferencją”.
Zespół proponuje istnienie potencjału wektora spinowego indukowanego cząsteczką z spinem, który można zaobserwować poprzez podwójny eksperyment. Ten eksperyment Gedankena obejmowałby elektron przechodzący przez dwa szczeliny, z źródłem wirowania za nimi. Powstały wzorzec zakłóceń różniłby się od konwencjonalnego, co wskazuje na wpływ potencjału wektora spinowego. Ten efekt, zwany efektem AB Spin, odzwierciedla tradycyjny efekt magnetyczny AB, ale zastępuje pole magnetyczne spinem.
Hipoteza została opracowana poprzez uwzględnienie operatora pędu kątowego i uzyskanie potencjału wektora spinowego matematycznie. Zespół zbadał także implikacje tego potencjału w wyjaśnianiu różnych interakcji spinowych, w tym interakcji Dzyyaloshinsky-Moriya (DM) i interakcji dipol-dipol. Te interakcje, które są fundamentalne w fizyce materii skondensowanej, wyłaniają się naturalnie z Dirac Hamiltonian, gdy rozważany jest potencjał wektora spinowego.
Profesor Chen opracowuje: „Interakcja DM, która tłumaczy słaby ferromagnetyzm w materiałach antyferromagnetycznych, a interakcję dipol-dipol można wyprowadzić z potencjału wektora spinowego. Zapewnia to ujednolicone ramy do zrozumienia tych złożonych interakcji. ”
Wyniki badania sugerują, że efekt Spin AB można eksperymentalnie zweryfikować, otwierając nowe możliwości badań w mechanice kwantowej i spintronics. „Obserwowanie efektu AB Spin w laboratorium nie tylko potwierdzi naszą hipotezę, ale także utoruje drogę nowych zastosowań technologicznych w zakresie obliczeń kwantowych i przetwarzaniu informacji”, mówi profesor Chen.
Implikacje tych badań są głębokie, ponieważ oferuje nowe spojrzenie na rolę potencjału w mechanice kwantowej. Wprowadzając pojęcie potencjału wektora spinowego, badanie łączy lukę między fizyką klasyczną i kwantową, podkreślając niezbędny charakter potencjałów w dziedzinie kwantowej.
Podsumowując, praca zespołu profesora Chena stanowi znaczący postęp w naszym rozumieniu interakcji spinowych i podstawowych zasad mechaniki kwantowej. Eksperymentalna weryfikacja efektu Spin AB może prowadzić do przełomów w różnych dziedzinach, w tym w fizyce informacyjnej kwantowej i fizyce materii skondensowanej.
Referencje dziennika
Chen, J.-L., Fan, X.-Y., i Xie, X.-R. (2024). Potencjał wektora spin i efekt Aharonov-Bohm. Badania podstawowe. Doi: https://doi.org/10.1016/j.fmre.2023.10.003
O autorze
Jing-Ling Chen jest profesorem fizyki na Uniwersytecie Nankai. Uzyskał tytuł licencjata (1994), Master’s Degree (1997) i Doctor’s Degree (2000) na Nankai University, PR China. Był doktorem w Beijing Institute of Apply Physics (2000-2002) i pracownikiem naukowym National University of Singapore (2002-2005). Jego zainteresowaniem badawczym są fizyka kwantowa i informacje kwantowe, szczególnie w podstawowych problemach kwantowych, takich jak paradoks EPR, splątanie kwantowe, sterowanie EPR, nieLocalność Bell i kontekstualność kwantowa. Ze względu na swój wkład w fundamenty kwantowe zdobył nagrodę Paul Ehrenfest Best Paper Award dla fundamentów kwantowych (2021). Ostatnio dokonał oryginalnych badań spinu, takich jak proponowanie potencjału wektora spinowego, prezentując efekt Aharonov-Bohm typu spinu i przewidując fala wirowania kątowego.
