科學(xué)
研究人員在量子力學(xué)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了一種難以觀察的自旋類型。在物理學(xué)中，量子力學(xué)系統(tǒng)是一組在量子尺度上相互作用的組件。這是原子和亞原子粒子的領(lǐng)域，例如粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型中定義的那些。自旋是量子系統(tǒng)中的磁性粒子。研究人員成功模擬并測量了自旋如何在不同溫度下在固體材料中表現(xiàn)出一種稱為 Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) 的運動。他們的研究結(jié)果表明，KPZ 運動準(zhǔn)確地描述了某些量子材料中自旋鏈(相互相互作用的自旋的線性通道)的時間變化。
影響
這標(biāo)志著科學(xué)家首次在量子材料中發(fā)現(xiàn) KPZ 動力學(xué)的證據(jù)。科學(xué)家此前僅在軟物質(zhì)和其他經(jīng)典材料中發(fā)現(xiàn)了 KPZ 動力學(xué)，在這些材料中，常規(guī)力優(yōu)于量子力學(xué)。新的分析使該團(tuán)隊能夠獲得對流體特性和量子系統(tǒng)其他潛在特征的新見解。這些知識最終可以用于實際應(yīng)用。例如，它可以幫助使用自旋鏈提高傳熱能力。它還可以促進(jìn)自旋電子學(xué)領(lǐng)域的未來努力，通過操縱材料的自旋而不是電荷來節(jié)省能源并減少可能破壞量子過程的噪聲。
概括
在量子力學(xué)中，自旋以兩種方式從一個地方傳播到另一個地方。在彈道運輸中，自旋在空間中自由傳播。在擴(kuò)散傳輸中，自旋會從磁性材料中的雜質(zhì)(或相互之間)反彈并緩慢擴(kuò)散。但是流體旋轉(zhuǎn)是不可預(yù)測的，有時會顯示出不尋常的運動。一個例子是 KPZ 動力學(xué)，這是兩種標(biāo)準(zhǔn)形式的自旋輸運之間的中間類別。在這種情況下，準(zhǔn)粒子在整個材料中隨機(jī)漫游并影響它們接觸的所有其他粒子。使用來自橡樹嶺國家實驗室的科學(xué)和散裂中子源計算和數(shù)據(jù)環(huán)境的資源，勞倫斯伯克利國家實驗室實驗室研究計算的勞倫斯計算集群中心和國家能源研究科學(xué)計算中心，該團(tuán)隊首先模擬了氟化鉀銅中單個自旋鏈所展示的 KPZ 行為。接下來，他們檢查了材料晶體樣本中以前未探索過的區(qū)域，以測量真實物理自旋鏈的 KPZ 活性。這兩種方法都揭示了室溫下 KPZ 動力學(xué)的證據(jù)，考慮到量子系統(tǒng)通常必須冷卻到幾乎絕對零才能顯示量子力學(xué)效應(yīng)，這是一個令人驚訝的成就。
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