量子材料的新研究证明了理论预测

科学

研究人员在量子力学系统中发现了一种难以观察的自旋类型。在物理学中，量子力学系统是一组在量子尺度上相互作用的组件。这是原子和亚原子粒子的领域，例如粒子物理学标准模型中定义的那些。自旋是量子系统中的磁性粒子。研究人员成功模拟并测量了自旋如何在不同温度下在固体材料中表现出一种称为 Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) 的运动。他们的研究结果表明，KPZ 运动准确地描述了某些量子材料中自旋链(相互相互作用的自旋的线性通道)的时间变化。

影响

这标志着科学家首次在量子材料中发现 KPZ 动力学的证据。科学家此前仅在软物质和其他经典材料中发现了 KPZ 动力学，在这些材料中，常规力优于量子力学。新的分析使该团队能够获得对流体特性和量子系统其他潜在特征的新见解。这些知识最终可以用于实际应用。例如，它可以帮助使用自旋链提高传热能力。它还可以促进自旋电子学领域的未来努力，通过操纵材料的自旋而不是电荷来节省能源并减少可能破坏量子过程的噪声。

概括

在量子力学中，自旋以两种方式从一个地方传播到另一个地方。在弹道运输中，自旋在空间中自由传播。在扩散传输中，自旋会从磁性材料中的杂质(或相互之间)反弹并缓慢扩散。但是流体旋转是不可预测的，有时会显示出不寻常的运动。一个例子是 KPZ 动力学，这是两种标准形式的自旋输运之间的中间类别。在这种情况下，准粒子在整个材料中随机漫游并影响它们接触的所有其他粒子。使用来自橡树岭国家实验室的科学和散裂中子源计算和数据环境的资源，劳伦斯伯克利国家实验室实验室研究计算的劳伦斯计算集群中心和国家能源研究科学计算中心，该团队首先模拟了氟化钾铜中单个自旋链所展示的 KPZ 行为。接下来，他们检查了材料晶体样本中以前未探索过的区域，以测量真实物理自旋链的 KPZ 活性。这两种方法都揭示了室温下 KPZ 动力学的证据，考虑到量子系统通常必须冷却到几乎绝对零才能显示量子力学效应，这是一个令人惊讶的成就。

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