Ved hjælp af QMC -simuleringer til at undersøge den dynamiske spinstruktur af plankoblede spin -stiger

Nylige polariserede inelastriske neutronspredningsforsøg har identificeret amplitude (dvs. Higgs) -tilstanden i C. ₉ H ₁₈ N ₂ CuBr ₄ , en 2-D, nær-kvantekritisk spin-stige-forbindelse, der udviser en svag letakset udvekslingsanisotropi. Inspireret af disse fund, forskere ved RWTH Aachen University, Harbin Institute of Technology og University of Erlangen-Nürnberg har gennemført en undersøgelse, der undersøger den dynamiske spin-strukturfaktor for plankoblede spin-ladder-systemer ved hjælp af store kvante Monte Carlo (QMC) simuleringer.

"Observationen og forståelsen af ​​Higgs amplitude -tilstand i kvantemagneter er spændende, da det forbinder forskning i højenergifysik (Nobelprisen 2013 for observation af Higgs-partiklen) til lignende begreber inden for kondenseret fysik, "Kai Phillip Schmidt og Stefan Wessel, to af de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalt Phys.org via e-mail. "Imidlertid, denne tilstand er ret skrøbelig i mange plane magneter, så dens potentielle eksperimentelle påvisning i en plan kvantemagnet af koblede spin -stiger ved uelastisk neutronspredning kom som en overraskelse. "

Med henblik på undersøgelsen, Schmidt udviklede en omtrentlig teori, som endnu ikke var stift bekræftet via kvantitativ modellering. For at opnå dette, Wessel, som Schmidt kendte godt, og Tao Ying, en postdoktorel under Wessels tilsyn, besluttede at prøve at anvende Monte Carlo-simuleringer på dette problem.

I det væsentlige, de satte sig for at undersøge den dynamiske spin-strukturfaktor for tidligere identificerede plankoblede spin-ladder-systemer ved hjælp af QMC-simuleringer. Deres kombinerede studie, udgivet i Fysisk gennemgangsbreve ( PRL ), gav dem mulighed for at opnå en kvantitativ forståelse af Higgs -amplitude -tilstanden beskrevet i tidligere forskning.

"Den dynamiske strukturfaktor er vigtig, da den indeholder den fulde information om de magnetiske excitationer (som Higgs amplitude -tilstand), og det er den væsentlige mængde, der måles ved uelastisk neutronspredning, " sagde Schmidt og Wessel. "Quantum Monte Carlo (QMC) simuleringer er et meget kraftfuldt numerisk værktøj til at studere visse klasser af kvantemagneter og til at udtrække den dynamiske strukturfaktor, som typisk er meget svært at opnå på andre måder. "

Ved at bruge avancerede QMC-simuleringsteknikker, Schmidt, Wessel og Ying var i stand til at sammenligne de numeriske værdier af visse excitationsenergier med dem målt i uelastisk neuronspredning. Dette gav dem efterfølgende mulighed for at lokalisere de magnetiske interaktioner, der er til stede i en bestemt kvantemagnet.

"Den kvantitative modellering af den specifikke eksperimentelle kvantemagnet og muligheden for at fortolke arten af ​​de observerede magnetiske excitationer i teorien muliggør en streng identifikation af Higgs amplitude-tilstand i et todimensionalt system af koblede spin-stiger, Schmidt og Wessel sagde. vi var i stand til at spore egenskaberne for Higgs amplitudetilstand over et stort parameterrum i vores model. Dette tillod os at følge denne partikel op til den såkaldte Ising-grænse, som er en af ​​de mest paradigmatiske modeller inden for fysik. "

I deres undersøgelse, Schmidt, Wessel og Ying var i stand til eksplicit at forstå Higgs amplitudetilstand observeret i tidligere eksperimenter som en bundet tilstand af to konventionelle magnetiske excitationer, som er analogt med et molekyle, der består af atomer. Deres arbejde demonstrerer muligheden for at formulere en kvantitativ teori til forståelse af spindynamikken for nær-kvantekritiske 2-D magneter, ved hjælp af state-of-the-art QMC simuleringsteknikker. Mens de specifikt anvendte deres teori til forbindelse C ₉ H ₁₈ N ₂ CuBr ₄ , de mener, at det også kunne bruges til at forstå kvantespinddynamikken i andre lignende magnetiske forbindelser.

"Der er forskellige interessante ruter at følge i fremtiden, "Schmidt og Wessel sagde." Især det vil være vigtigt at få en forståelse af Higgs -amplitude -tilstandens skæbne, når den indstilles tættere på kvantekritiske punkter, f.eks. ved påføring af et magnetfelt eller eksternt tryk, hvordan opfører denne excitation sig, og bliver den ustabil?"

© 2019 Science X Network