Uma figura que mostra o principal resultado dos pesquisadores - o sinal do modo Higgs no fator de estrutura dinâmica na configuração relevante para os experimentos anteriores de espalhamento de nêutrons. Crédito:Ying, Schmidt &Wessel.
Experimentos recentes de espalhamento de nêutrons inelásticos polarizados identificaram o modo de amplitude (ou seja, Higgs) em C 9 H 18 N 2 CuBr 4 , um 2-D, composto em escada de spin quase quântico crítico que exibe uma anisotropia de troca de eixo fácil fraca. Inspirado por essas descobertas, pesquisadores da RWTH Aachen University, O Harbin Institute of Technology e a University of Erlangen-Nürnberg realizaram um estudo examinando o fator de estrutura de spin dinâmico de sistemas de escada de spin acoplados planos usando simulações de Monte Carlo quântico em grande escala (QMC).
"A observação e compreensão do modo de amplitude de Higgs em ímãs quânticos é emocionante, uma vez que conecta a pesquisa em física de alta energia (Prêmio Nobel de 2013 pela observação da partícula de Higgs) a conceitos semelhantes na física da matéria condensada, "Kai Phillip Schmidt e Stefan Wessel, dois dos pesquisadores que realizaram o estudo, contado Phys.org via email. "Contudo, este modo é bastante frágil em muitos ímãs planares, portanto, sua detecção experimental potencial em um ímã quântico planar de escadas de spin acopladas por espalhamento inelástico de nêutrons veio como uma surpresa. "
Para efeitos do estudo, Schmidt desenvolveu uma teoria aproximada, que ainda não foi rigidamente confirmado por meio de modelagem quantitativa. Para alcançar isto, Wessel, com quem Schmidt conhecia bem, e Tao Ying, um estudante de pós-doutorado sob a supervisão de Wessel, decidiu tentar aplicar simulações de Monte Carlo a este problema.
Essencialmente, eles se propuseram a examinar o fator de estrutura de spin dinâmico de sistemas de escada de spin acoplados planares previamente identificados usando simulações QMC. Seu estudo combinado, publicado em Cartas de revisão física ( PRL ), permitiu-lhes alcançar uma compreensão quantitativa do modo de amplitude de Higgs descrito em pesquisas anteriores.
"O fator de estrutura dinâmica é importante, uma vez que contém todas as informações sobre as excitações magnéticas (como o modo de amplitude de Higgs) e é a quantidade essencial que é medida por espalhamento inelástico de nêutrons, "Schmidt e Wessel disseram." As simulações Quantum Monte Carlo (QMC) são uma ferramenta numérica muito poderosa para estudar certas classes de ímãs quânticos e extrair o fator de estrutura dinâmica, que normalmente é muito difícil de obter por outros meios. "
Usando técnicas de simulação QMC de última geração, Schmidt, Wessel e Ying foram capazes de comparar os valores numéricos de certas energias de excitação com aqueles medidos no espalhamento inelástico de neurônios. Isso posteriormente permitiu que eles localizassem as interações magnéticas presentes em um ímã quântico particular.
"A modelagem quantitativa do ímã quântico experimental específico e a possibilidade de interpretar a natureza das excitações magnéticas observadas em teoria permitem a identificação rigorosa do modo de amplitude de Higgs em um sistema bidimensional de escadas de spin acopladas, "Schmidt e Wessel disseram." Além disso, fomos capazes de rastrear as propriedades do modo de amplitude de Higgs em um grande espaço de parâmetros em nosso modelo. Isso nos permitiu seguir essa partícula até o chamado limite de Ising, que é um dos modelos mais paradigmáticos da física. "
Em seu estudo, Schmidt, Wessel e Ying foram capazes de compreender explicitamente o modo de amplitude de Higgs observado em experimentos anteriores como um estado ligado de duas excitações magnéticas convencionais, que é uma analogia a uma molécula sendo composta de átomos. Seu trabalho demonstra a viabilidade de formular uma teoria quantitativa para compreender a dinâmica de spin de ímãs 2-D quase quânticos, usando técnicas de simulação QMC de última geração. Embora eles tenham aplicado especificamente sua teoria ao composto C 9 H 18 N 2 CuBr 4 , eles acreditam que também poderia ser usado para entender a dinâmica do spin quântico de outros compostos magnéticos semelhantes.
“Existem vários caminhos interessantes a seguir no futuro, "Schmidt e Wessel disseram." Em particular, será importante obter uma compreensão do destino do modo de amplitude de Higgs quando ele for ajustado mais perto de pontos críticos quânticos, por exemplo. ao aplicar um campo magnético ou pressão externa, como essa excitação se comporta e se torna instável? "
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