Potentielle nye applikationer stammer fra at kontrollere partiklers spin-konfigurationer

Fermioner er allestedsnærværende elementarpartikler. De spænder fra elektroner i metaller, til protoner og neutroner i kerner og til kvarker på det subnukleare niveau. Yderligere, de besidder en iboende grad af frihed kaldet spin med kun to mulige konfigurationer, enten op eller ned. I en ny undersøgelse offentliggjort i EPJ B , teoretiske fysikere udforsker muligheden for separat at kontrollere op og ned spin-populationer af en gruppe af interagerende fermioner. Deres detaljerede teori, der beskriver spinpopulationsubalancen, kunne være relevant, for eksempel, til området for spintronics, som udnytter polariserede spin-populationer.

Ubalancerede Fermi-partikelblandinger forekommer i stof som, for eksempel, halvledere placeret i et magnetfelt, i nukleart stof, og i plasma af neutronstjerner, som kombinerer de elementære underpartikler kvarker og gluoner. Pierbiagio Pieri og Giancarlo Calvanese Strinati fra University of Camerino, Italien, fokuseret på et interagerende fermionsystem, hvor op og ned spin-populationer er ubalancerede. De udvidede beviset for en teorem, der oprindeligt blev udtænkt til den nøjagtige teori om en Fermi-væske med lige store populationer af op og ned spin, kaldet Luttinger-sætningen, til disse ubalancerede systemer.

Tidligere eksperimentelle observationer involverede separat kontrol af antallet af fermioner med et givet spin, fører til fri bevægelse uden viskositet i gaspartiklerne, når en superflydende tilstand. Værket af Wolfgang Ketterle og hans gruppe ved MIT, USA, i 2008, viste også, at forskellen mellem to spin-populationer kan gøres så stor, at superfluiditet ødelægges, og systemet forbliver normalt selv ved nul temperatur.

På tur, dette seneste teoretiske arbejde introducerer en begrænsning, der er nøglen til numeriske beregninger for så store kvante-mangelegemesystemer, nemlig at radierne af de to Fermi-sfærer, som karakteriserer de ikke-interagerende systemer af spin-up og spin-down fermioner, bevares separat, når interaktionen mellem spin-up og spin-down fermionerne påbegyndes.