Spin-Ladungstrennung - Spin–charge separation
In der Physik der kondensierten Materie ist die Spin-Ladung-Trennung ein ungewöhnliches Verhalten von Elektronen in einigen Materialien, in denen sie sich in drei unabhängige Teilchen "aufspalten", das Spinon , das Orbiton und das Holon (oder Chargon). Das Elektron kann immer theoretisch als betrachtet wird gebundener Zustand der drei, mit dem Spinon des Buch Spin des Elektrons, der orbiton die Buch orbitalen Freiheitsgrade und die chargon das Buch Ladung , aber unter bestimmten Bedingungen können sie als unabhängig verhalten Quasiteilchen .
Die Theorie der Spin-Ladungstrennung stammt aus der Arbeit von Sin-Itiro Tomonaga, der 1950 eine ungefähre Methode zur Behandlung eindimensional wechselwirkender Quantensysteme entwickelte. Diese wurde dann 1963 von Joaquin Mazdak Luttinger mit einem genau lösbaren Modell entwickelt, das den Spin demonstrierte - Ladungstrennung. 1981 verallgemeinerte F. Duncan M. Haldane das Luttinger-Modell auf das Tomonaga- Luttinger-Flüssigkeitskonzept , wobei gezeigt wurde, dass die Physik des Luttinger-Modells theoretisch ein allgemeines Merkmal aller eindimensionalen metallischen Systeme ist. Obwohl Haldane spinlose Fermionen behandelte, war die Ausdehnung auf Spin-½- Fermionen und die damit verbundene Spin-Ladungstrennung so klar, dass das versprochene Folgepapier nicht erschien.
Die Spin-Ladung-Trennung ist eine der ungewöhnlichsten Manifestationen des Konzepts der Quasiteilchen . Diese Eigenschaft ist nicht intuitiv, da weder das Spinon mit null Ladung und Spinhälfte noch das Chargon mit Ladung minus eins und null Spin als Kombinationen der Elektronen, Löcher , Phononen und Photonen konstruiert werden können , die die Bestandteile des Systems sind . Es ist ein Beispiel für die Fraktionierung , das Phänomen, bei dem die Quantenzahlen der Quasiteilchen nicht ein Vielfaches der Elementarteilchen sind, sondern Fraktionen.
Die gleichen theoretischen Ideen wurden im Rahmen ultrakalter Atome angewendet . In einem Zweikomponenten-Bose-Gas in 1D können starke Wechselwirkungen zu einer maximalen Form der Spin-Ladung-Trennung führen.
Überwachung
Aufbauend auf der Theorie des Physikers F. Duncan M. Haldane aus dem Jahr 1981 haben Experten der Universitäten Cambridge und Birmingham 2009 experimentell bewiesen, dass sich eine Masse von Elektronen, die auf kleinem Raum künstlich eingeschlossen sind, aufgrund ihrer Intensität in Spinone und Holons aufspalten wird gegenseitige Abstoßung (von der gleichen Ladung). Ein Forscherteam, das an der Advanced Light Source (ALS) des Lawrence Berkeley National Laboratory des US-Energieministeriums arbeitete, beobachtete drei Jahre zuvor die spektralen Spitzenstrukturen der Spin-Ladung-Trennung.