تذبذبات كمومية

في فيزياء المادة المكثفة ، التذبذبات الكمومية تعبر عن سلسلة من التقنيات التجريبية المترابطة المستخدمة لرسم خريطة سطح فيرمي للمعدن في وجود مجال مغناطيسي قوي. ^[1] تقوم هذه التقنيات على مبدأ استكمام لانداو للفرميونات المتحركة في مجال مغناطيسي. ^[2] بالنسبة لغاز من الفرميونات الحرة في مجال مغناطيسي قوي ، يتم تكميم مستويات الطاقة في نطاقات تسمى مستويات لانداو ، والتي يتناسب فصلها مع قوة المجال المغناطيسي. في تجربة التذبذب الكمي ، يقع تنويع المجال المغناطيسي الخارجي ، مما يجعل مستويات لانداو تمر فوق سطح فيرمي ، يؤدي ذلك بدوره إلى تذبذب الكثافة الإلكترونية للحالات عند مستوى فيرمي ؛ يكون هذا سببا في إنتاج تذبذبات في العديد من خواص المواد التي تعتمد على ذلك ، بما في ذلك المقاومة ( تأثير Shubnikov – de Haas ) ، ومقاومة Hall ، ^[2] والحساسية المغناطيسية ( تأثير de Haas-van Alphen ). تعتبر ملاحظة التذبذبات الكمومية في مادة ما إثباتا لسلوك سائل فيرمي . ^[3]

تم استخدام التذبذبات الكمومية لدراسة المواد فائقة التوصيل عالية الحرارة مثل النحاسيات و pnictides . ^[4] أظهرت الدراسات باستخدام هذه التجارب أن الحالة الأساسية للنحاسيات غير المشابة تتصرف بشكل مشابه لسائل فيرمي ، وبها خصائص مثل Landau quasiparticles . ^[5]

في عام 2021 ، تم استخدام هذه التقنية لملاحظة حالة متوقعة تسمى "سائل الإلكترون-فونون" ، ^[6] ^[7] حالة مماثلة من الجسيمات شبه الجسيمية المعروفة من قبل هي سائل الإكسيتون-بولاريتون .

تجربة[عدل]

عندما يتم تطبيق مجال مغناطيسي على نظام من الفرميونات المشحونة والحرة، فإن حالات طاقتها يتم تكميمها في ما يسمى بمستويات لانداو ، المعطاة بواسطة ^[8]

$\varepsilon _{l}={\frac {eB}{m^{*}}}\left(\ell +{\frac {1}{2}}\right)$

أين $\ell$ هي قيمة صحيحة، $B$ هو المجال المغناطيسي الخارجي و $e,m^{*}$ هي شحنة الفرميون والكتلة الفعالة على التوالي.

عندما يزداد المجال المغناطيسي الخارجي $B$ في نظام معزول ، تتوسع مستويات لانداو ، وفي النهاية "تسقط" من سطح فيرمي. ينتج عن هذا تذبذبات في الطاقة المرصودة لأعلى مستوى مشغول ، وبالتالي في العديد من الخصائص الفيزيائية (بما في ذلك موصلية هول ، والمقاومة ، والحساسية). قياس دورية هذه التذبذبات ممكن ، وبالتالي من الممكن استخدامها لتحديد مساحة المقطع العرضي لسطح فيرمي. ^[9] إذا كان محور المجال المغناطيسي متنوعًا بحجم ثابت ، فستلاحظ تذبذبات مماثلة. تحدث التذبذبات عندما تلمس مدارات لانداو سطح فيرمي. وبهذه الطريقة ، من الممكن تعيين الهندسة الكاملة لمجال فيرمي. ^[9]

نحاسي غير مشاب[عدل]

أشارت الدراسات التي أجريت على مركبات الكوبرات غير المشابة مثل YBa 2 Cu 3 O 6+ x من خلال مجسات مثل ARPES إلى أن هذه المراحل تظهر خصائص السوائل غير الفيرمية ، ^[10] وخاصة عدم وجود أشباه جزيئات لانداو محددة جيدًا. ^[11] ومع ذلك ، فقد تم ملاحظة التذبذبات الكمية في هذه المواد عند درجات حرارة منخفضة ، إذا تم قمع الموصلية الفائقة عن طريق مجال مغناطيسي مرتفع بما فيه الكفاية ، ^[12] وهو دليل على وجود أشباه جسيمات محددة جيدًا مع إحصائيات فرميونية . وبالتالي ، فإن هذه النتائج التجريبية لا تتفق مع نتائج تحقيقات ARPES وغيرها من المسابير. ^[13]

أنظر أيضا[عدل]

تأثير دي هاس فان ألفين
تأثير شوبنيكوف دي هاس
مستويات لانداو

مراجع[عدل]

^ Coldea، Amalia (2010). "Quantum oscillations probe the normal electronic states of novel superconductors". Philosophical Transactions of the Royal Society A. ج. 368 ع. 1924: 3503–3517. Bibcode:2010RSPTA.368.3503C. DOI:10.1098/rsta.2010.0089. PMID:20603364. مؤرشف من الأصل في 2023-04-21. اطلع عليه بتاريخ 2012-03-20.
^ ^أ ^ب Doiron-Leyraud، Nicolas؛ وآخرون (2007). "Quantum oscillations and the Fermi surface in an underdoped high-Tc superconductor". Nature. ج. 447 ع. 7144: 565–8. arXiv:0801.1281. Bibcode:2007Natur.447..565D. DOI:10.1038/nature05872. PMID:17538614.
^ Condensed-matter and materials physics: the science of the world around us. National Research Council. 2010. ISBN:978-0-309-13409-5. مؤرشف من الأصل في 2023-05-30.
^ Coldea، Amalia (2010). "Quantum oscillations probe the normal electronic states of novel superconductors". Philosophical Transactions of the Royal Society A. ج. 368 ع. 1924: 3503–3517. Bibcode:2010RSPTA.368.3503C. DOI:10.1098/rsta.2010.0089. PMID:20603364. مؤرشف من الأصل في 2023-04-21. اطلع عليه بتاريخ 2012-03-20.Coldea, Amalia (2010). "Quantum oscillations probe the normal electronic states of novel superconductors". Philosophical Transactions of the Royal Society A. 368 (1924): 3503–3517. Bibcode:2010RSPTA.368.3503C. doi:10.1098/rsta.2010.0089. PMID 20603364. Retrieved 20 March 2012.
^ Broun، D. M. (2008). "What lies beneath the dome?". Nature Physics. ج. 4 ع. 3: 170–172. Bibcode:2008NatPh...4..170B. DOI:10.1038/nphys909.
^ Yang, Hung-Yu; Yao, Xiaohan; Plisson, Vincent; Mozaffari, Shirin; Scheifers, Jan P.; Savvidou, Aikaterini Flessa; Choi, Eun Sang; McCandless, Gregory T.; Padlewski, Mathieu F. (6 Sep 2021). "Evidence of a coupled electron-phonon liquid in NbGe2". Nature Communications (بالإنجليزية). 12 (1): 5292. arXiv:2103.01515. Bibcode:2021NatCo..12.5292Y. DOI:10.1038/s41467-021-25547-x. ISSN:2041-1723. PMC:8421384. PMID:34489411.
^ College, Boston (6 Sep 2021). "Novel Metal Discovered Where Electrons Flow in the Same Way Water Flows in a Pipe". SciTechDaily (بالإنجليزية الأمريكية). Archived from the original on 2023-05-27. Retrieved 2021-09-20.
^ Sebastian، Suchitra E.؛ Neil Harrison؛ Gilbert G. Lonzarich (2011). "Quantum oscillations in the high-Tc cuprates". Philosophical Transactions of the Royal Society A. ج. 369 ع. 1941: 1687–1711. Bibcode:2011RSPTA.369.1687S. DOI:10.1098/rsta.2010.0243. PMID:21422021. مؤرشف من الأصل في 2023-04-17. اطلع عليه بتاريخ 2012-03-23.
^ ^أ ^ب Ibach، Harald؛ Hans Lüth (1995). Solid-state physics: an introduction to principles of materials science. Berlin: Springer-Verlag. ISBN:978-3-540-58573-2. مؤرشف من الأصل في 2021-10-09.
^ Alexandrov، A. S. (2008). "Theory of quantum magneto-oscillations in underdoped cuprate superconductors". Journal of Physics: Condensed Matter. ج. 20 ع. 19: 192202. arXiv:0711.0093. Bibcode:2008JPCM...20s2202A. DOI:10.1088/0953-8984/20/19/192202.
^ Damascelli، Andrea؛ Hussain، Zahid؛ Zhi-Xun Shen (2003). "Angle-resolved photoemission studies of the cuprate superconductors". Reviews of Modern Physics. ج. 75 ع. 2: 473. arXiv:cond-mat/0208504. Bibcode:2003RvMP...75..473D. DOI:10.1103/RevModPhys.75.473.
^ Doiron-Leyraud، Nicolas؛ وآخرون (2007). "Quantum oscillations and the Fermi surface in an underdoped high-Tc superconductor". Nature. ج. 447 ع. 7144: 565–8. arXiv:0801.1281. Bibcode:2007Natur.447..565D. DOI:10.1038/nature05872. PMID:17538614.Doiron-Leyraud, Nicolas; et al. (2007). "Quantum oscillations and the Fermi surface in an underdoped high-Tc superconductor". Nature. 447 (7144): 565–8. arXiv:0801.1281. Bibcode:2007Natur.447..565D. doi:10.1038/nature05872. PMID 17538614. S2CID 4397560.
^ Sebastian، Suchitra E.؛ Neil Harrison؛ Gilbert G. Lonzarich (2011). "Quantum oscillations in the high-Tc cuprates". Philosophical Transactions of the Royal Society A. ج. 369 ع. 1941: 1687–1711. Bibcode:2011RSPTA.369.1687S. DOI:10.1098/rsta.2010.0243. PMID:21422021. مؤرشف من الأصل في 2023-04-17. اطلع عليه بتاريخ 2012-03-23.Sebastian, Suchitra E.; Neil Harrison; Gilbert G. Lonzarich (2011). "Quantum oscillations in the high-Tc cuprates". Philosophical Transactions of the Royal Society A. 369 (1941): 1687–1711. Bibcode:2011RSPTA.369.1687S. doi:10.1098/rsta.2010.0243. PMID 21422021. Retrieved 23 March 2012.

بوابة الفيزياء

[prsa-1] Coldea، Amalia (2010). "Quantum oscillations probe the normal electronic states of novel superconductors". Philosophical Transactions of the Royal Society A. ج. 368 ع. 1924: 3503–3517. Bibcode:2010RSPTA.368.3503C. DOI:10.1098/rsta.2010.0089. PMID:20603364. مؤرشف من الأصل في 2023-04-21. اطلع عليه بتاريخ 2012-03-20.

[leyraud-2] أ ^ب Doiron-Leyraud، Nicolas؛ وآخرون (2007). "Quantum oscillations and the Fermi surface in an underdoped high-Tc superconductor". Nature. ج. 447 ع. 7144: 565–8. arXiv:0801.1281. Bibcode:2007Natur.447..565D. DOI:10.1038/nature05872. PMID:17538614.

[nrc-3] Condensed-matter and materials physics: the science of the world around us. National Research Council. 2010. ISBN:978-0-309-13409-5. مؤرشف من الأصل في 2023-05-30.

[مولد_تلقائيا1-4] Coldea، Amalia (2010). "Quantum oscillations probe the normal electronic states of novel superconductors". Philosophical Transactions of the Royal Society A. ج. 368 ع. 1924: 3503–3517. Bibcode:2010RSPTA.368.3503C. DOI:10.1098/rsta.2010.0089. PMID:20603364. مؤرشف من الأصل في 2023-04-21. اطلع عليه بتاريخ 2012-03-20.Coldea, Amalia (2010). "Quantum oscillations probe the normal electronic states of novel superconductors". Philosophical Transactions of the Royal Society A. 368 (1924): 3503–3517. Bibcode:2010RSPTA.368.3503C. doi:10.1098/rsta.2010.0089. PMID 20603364. Retrieved 20 March 2012.

[dmbroun-5] Broun، D. M. (2008). "What lies beneath the dome?". Nature Physics. ج. 4 ع. 3: 170–172. Bibcode:2008NatPh...4..170B. DOI:10.1038/nphys909.

[6] Yang, Hung-Yu; Yao, Xiaohan; Plisson, Vincent; Mozaffari, Shirin; Scheifers, Jan P.; Savvidou, Aikaterini Flessa; Choi, Eun Sang; McCandless, Gregory T.; Padlewski, Mathieu F. (6 Sep 2021). "Evidence of a coupled electron-phonon liquid in NbGe2". Nature Communications (بالإنجليزية). 12 (1): 5292. arXiv:2103.01515. Bibcode:2021NatCo..12.5292Y. DOI:10.1038/s41467-021-25547-x. ISSN:2041-1723. PMC:8421384. PMID:34489411.

[7] College, Boston (6 Sep 2021). "Novel Metal Discovered Where Electrons Flow in the Same Way Water Flows in a Pipe". SciTechDaily (بالإنجليزية الأمريكية). Archived from the original on 2023-05-27. Retrieved 2021-09-20.

[sebastian2011-8] Sebastian، Suchitra E.؛ Neil Harrison؛ Gilbert G. Lonzarich (2011). "Quantum oscillations in the high-Tc cuprates". Philosophical Transactions of the Royal Society A. ج. 369 ع. 1941: 1687–1711. Bibcode:2011RSPTA.369.1687S. DOI:10.1098/rsta.2010.0243. PMID:21422021. مؤرشف من الأصل في 2023-04-17. اطلع عليه بتاريخ 2012-03-23.

[ibachnluth-9] أ ^ب Ibach، Harald؛ Hans Lüth (1995). Solid-state physics: an introduction to principles of materials science. Berlin: Springer-Verlag. ISBN:978-3-540-58573-2. مؤرشف من الأصل في 2021-10-09.

[alexandrov-10] Alexandrov، A. S. (2008). "Theory of quantum magneto-oscillations in underdoped cuprate superconductors". Journal of Physics: Condensed Matter. ج. 20 ع. 19: 192202. arXiv:0711.0093. Bibcode:2008JPCM...20s2202A. DOI:10.1088/0953-8984/20/19/192202.

[rmp-arpes-11] Damascelli، Andrea؛ Hussain، Zahid؛ Zhi-Xun Shen (2003). "Angle-resolved photoemission studies of the cuprate superconductors". Reviews of Modern Physics. ج. 75 ع. 2: 473. arXiv:cond-mat/0208504. Bibcode:2003RvMP...75..473D. DOI:10.1103/RevModPhys.75.473.

[مولد_تلقائيا2-12] Doiron-Leyraud، Nicolas؛ وآخرون (2007). "Quantum oscillations and the Fermi surface in an underdoped high-Tc superconductor". Nature. ج. 447 ع. 7144: 565–8. arXiv:0801.1281. Bibcode:2007Natur.447..565D. DOI:10.1038/nature05872. PMID:17538614.Doiron-Leyraud, Nicolas; et al. (2007). "Quantum oscillations and the Fermi surface in an underdoped high-Tc superconductor". Nature. 447 (7144): 565–8. arXiv:0801.1281. Bibcode:2007Natur.447..565D. doi:10.1038/nature05872. PMID 17538614. S2CID 4397560.

[مولد_تلقائيا3-13] Sebastian، Suchitra E.؛ Neil Harrison؛ Gilbert G. Lonzarich (2011). "Quantum oscillations in the high-Tc cuprates". Philosophical Transactions of the Royal Society A. ج. 369 ع. 1941: 1687–1711. Bibcode:2011RSPTA.369.1687S. DOI:10.1098/rsta.2010.0243. PMID:21422021. مؤرشف من الأصل في 2023-04-17. اطلع عليه بتاريخ 2012-03-23.Sebastian, Suchitra E.; Neil Harrison; Gilbert G. Lonzarich (2011). "Quantum oscillations in the high-Tc cuprates". Philosophical Transactions of the Royal Society A. 369 (1941): 1687–1711. Bibcode:2011RSPTA.369.1687S. doi:10.1098/rsta.2010.0243. PMID 21422021. Retrieved 23 March 2012.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]