Una figura que muestra el resultado principal de los investigadores:la señal del modo Higgs en el factor de estructura dinámica en la configuración relevante para los experimentos previos de dispersión de neutrones. Crédito:Ying, Schmidt y Wessel.
Experimentos recientes de dispersión de neutrones inlástricos polarizados han identificado el modo de amplitud (es decir, Higgs) en C 9 H 18 norte 2 CuBr 4 , un 2-D, compuesto de escalera de espín casi cuántico-crítico que exhibe una anisotropía de intercambio de eje fácil débil. Inspirado por estos hallazgos, investigadores de la Universidad RWTH Aachen, El Instituto de Tecnología de Harbin y la Universidad de Erlangen-Nürnberg han llevado a cabo un estudio que examina el factor de estructura de espín dinámico de los sistemas de escalera de espín acoplados planares utilizando simulaciones cuánticas de Monte Carlo (QMC) a gran escala.
"La observación y comprensión del modo de amplitud de Higgs en imanes cuánticos es emocionante, dado que conecta la investigación en física de altas energías (premio Nobel de 2013 por la observación de la partícula de Higgs) con conceptos similares en física de materia condensada, "Kai Phillip Schmidt y Stefan Wessel, dos de los investigadores que realizaron el estudio, dicho Phys.org vía correo electrónico. "Sin embargo, este modo es bastante frágil en muchos imanes planos, por lo que su detección experimental potencial en un imán cuántico plano de escaleras de espín acopladas por dispersión de neutrones inelásticos fue una sorpresa ".
Para el propósito del estudio, Schmidt desarrolló una teoría aproximada, que aún no se había confirmado rígidamente mediante modelos cuantitativos. Lograr esto, Wessel, con quien Schmidt conocía bien, y Tao Ying, un estudiante postdoctoral bajo la supervisión de Wessel, decidió intentar aplicar simulaciones de Monte Carlo a este problema.
Esencialmente, se propusieron examinar el factor de estructura de espín dinámico de sistemas de escalera de espín acoplados planos previamente identificados utilizando simulaciones QMC. Su estudio combinado, publicado en Cartas de revisión física ( PRL ), les permitió lograr una comprensión cuantitativa del modo de amplitud de Higgs descrito en investigaciones anteriores.
"El factor de estructura dinámica es importante, dado que contiene la información completa sobre las excitaciones magnéticas (como el modo de amplitud de Higgs) y es la cantidad esencial que se mide mediante la dispersión inelástica de neutrones, ", Dijeron Schmidt y Wessel." Las simulaciones de Quantum Monte Carlo (QMC) son una herramienta numérica muy poderosa para estudiar ciertas clases de imanes cuánticos y extraer el factor de estructura dinámica, que suele ser muy difícil de obtener por otros medios ".
Utilizando técnicas de simulación QMC de última generación, Schmidt, Wessel y Ying pudieron comparar los valores numéricos de ciertas energías de excitación con los medidos en la dispersión inelástica de neuronas. Posteriormente, esto les permitió identificar las interacciones magnéticas presentes en un imán cuántico en particular.
"El modelado cuantitativo del imán cuántico experimental específico y la posibilidad de interpretar la naturaleza de las excitaciones magnéticas observadas en teoría permite la identificación rigurosa del modo de amplitud de Higgs en un sistema bidimensional de escaleras de espín acopladas, "Schmidt y Wessel dijeron." Además, pudimos rastrear las propiedades del modo de amplitud de Higgs en un gran espacio de parámetros en nuestro modelo. Esto nos permitió seguir esta partícula hasta el llamado límite de Ising, que es uno de los modelos más paradigmáticos de la física ".
En su estudio, Schmidt, Wessel y Ying pudieron comprender explícitamente el modo de amplitud de Higgs observado en experimentos anteriores como un estado ligado de dos excitaciones magnéticas convencionales, que es análoga a una molécula formada por átomos. Su trabajo demuestra la viabilidad de formular una teoría cuantitativa para comprender la dinámica de espín de los imanes 2-D críticos casi cuánticos, utilizando técnicas de simulación QMC de última generación. Si bien aplicaron específicamente su teoría al compuesto C 9 H 18 norte 2 CuBr 4 , creen que también podría usarse para comprender la dinámica cuántica de espín de otros compuestos magnéticos similares.
"Hay varias rutas interesantes a seguir en el futuro, ", Dijeron Schmidt y Wessel." En particular, Será importante comprender el destino del modo de amplitud de Higgs cuando se sintonice más cerca de los puntos críticos cuánticos, p.ej. al aplicar un campo magnético o presión externa, ¿Cómo se comporta esta excitación y se vuelve inestable? "
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