Projekti / Programi
Fizika Majoranovih fermionov v magnetih Kitaeva
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.01 |
Naravoslovje |
Fizika |
Fizika kondenzirane materije |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
kvantni magnetizem, kvantne spinske tekočine, magnet Kitaeva, anyoni, Majoranovi fermioni, topološka snov, jedrska magnetna resonanca
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
18. april 2024;
A3 za obdobje
2018-2022
Podatki za razpise ARIS (
04.04.2019 - Programski razpis,
arhiv
)
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
261 |
5.220 |
4.255 |
16,3 |
| Scopus |
263 |
5.520 |
4.526 |
17,21 |
Raziskovalci (6)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.664 |
Povzetek
Namen tega projekta je biti v središču zelo živahnega in privlačnega raziskovalnega področja, ki ga je začel Alexei Kitaev pred desetimi leti z znamenitim člankom "Anyoni v natančno rešljivem modelu in širše". Kitaev je pokazal, da je natančno osnovno stanje modela spinov 1/2 na mreži satovja, a z od vezi odvisnimi Isingovimi interakcijami, topološka kvantna spinska tekočina, katere osnovne vzbuditve sta dva različna tipa frakcijskih kvazidelcev, in sicer Majoranovi fermioni in umeritveni Z2 fluksi. Izkaže se, da so oboji anyoni, kar pomeni da niso niti fermioni niti bozoni. Za razliko od fermionov ali bozonov je njihova glavna odlika v tem, da so operacije zamenjav anyonov topološko zaščitene, zaradi česar so anyoni neobčutljivi na različne tipe nereda vključno s termičnimi efekti. Kitaev je predlagal, da tak magnet na mreži satovja torej ponuja edinstveno morebitno podlago za kvantni računalnik, ki bi deloval intrinzično brez napak, in celo razvil ustrezne računske protokole. V zadnjih petih letih je a-RuCl3 začel veljati za najbolj obetavno realizacijo modela Kitaeva na mreži satovja. V zadnjih dveh letih se je nabralo nekaj opažanj skladnih z obstojem anyonov v a-RuCl3, verjetno najbolj neposredni dve pa sta bili objavljeni leta 2018 s strani japonske skupine v Nature in s strani skupine, ki sem jo vodil sam, v Nature Physics. Zdaj ko je obstoj anyonov v a-RuCl3 potrjen, je potrebno raziskati njihove izjemno nenavadne lastnosti, da bi nekoč lahko manipulirali z njimi za potrebe kvantnega računalništva. Tako se odprejo trije takojšnji problemi povezani z lastnostmi anyonov v materialih Kitaeva. (1) Kako se lastnosti anyonov in še posebej Majoranovih fermionov spremenijo preko faznega diagrama, napetega na zunanje parametre, kakršni so temperatura, magnetno polje, hidrostatski tlak in stopnja elektronskega dopiranja? (2) Kakšno vrsto nove fizike lahko pričakujemo v skupinskem obnašanju Majoranovih fermionov? Teorija že dolgo napoveduje nenavadno tvorbo termične kovine Majoranovih fermionov. Eksperimentalne potrditve takšnega volumskega prevodnika spinske gostote namesto elektrike, ki bi začel prevajati šele, ko bi bil termično vzbujen, zaenkrat še ni. (3) Ali lahko novi materiali Kitaeva premostijo slabost a-RuCl3, da se magnetno uredi pri nizkih temperaturah in nizkih magnetnih poljih, in tako ponudijo čistejšo fiziko Kitaeva in bolj popolno realizacijo anyonov, pri čemer je BaCo2As2O8 zadnji tak primer? Na ta vprašanja bomo odgovorili z uporabo jedrske magnetne resonance (NMR) kot glavne eksperimentalne tehnike. NMR je zelo močna tehnika za meritve statičnega in dinamičnega spinskega odziva kvantnih magnetov in je komplementarna tehnikam nevtronskega sipanja. Kjer bo potrebno, bomo uporabili tudi meritve magnetnih lastnosti in karakterizacijo z mionsko spinsko relaksacijo (uSR) in elektronsko spinsko resonanco (ESR). S temi tehnikami bomo proučevali dva materiala Kitaeva, a-RuCl3 in BaCo2As2O8. Dobljene eksperimentalne rezultate bomo primerjali s številnimi nedavnimi, še nepotrjenimi teoretičnimi napovedmi, kot je napoved obstoja eksotične termične kovinske faze Majoranovih fermionov. Ker materiali Kitaeva trenutno predstavljajo zelo aktivno in vznemirljivo raziskovalno področje na križišču med topološkimi lastnostmi snovi (Nobelova nagrada za fiziko leta 2016) in kvantnim računalništvom (Quantum Flagship financiran s strani Evropske komisije od oktobra 2018 kot tretja takšna velika iniciativa znotraj EU), je predlagani projekt zelo relevanten, njegovi rezultati pa bodo sprejeti z velikim zanimanjem.
