Forskere viser, at en gammel lov stadig gælder for skæve kvantematerialer

I en verden af ​​kvantematerialer, hvor partikler udviser mærkelig og uforudsigelig adfærd, har forskere fundet ud af, at en gammel lov stadig gælder. Loven, kendt som Lieb-Schultz-Mattis-sætningen, siger, at visse typer kvantesystemer ikke kan have et energigab mellem deres grundtilstand og den første exciterede tilstand.

Denne teorem har været kendt i over 40 år, men dens implikationer for kvantematerialer bliver stadig udforsket. I en ny undersøgelse har forskere ved University of California, Berkeley og University of Colorado Boulder vist, at Lieb-Schultz-Mattis-sætningen kan bruges til at forstå egenskaberne af en klasse af kvantematerialer kendt som Kitaev-materialer.

Kitaev-materialer er opkaldt efter den russiske fysiker Alexei Kitaev, som første gang foreslog deres eksistens i 2006. Disse materialer er kendetegnet ved deres stærke spin-kredsløbskobling, som er samspillet mellem elektronernes spin og deres orbitale bevægelse. Denne interaktion giver anledning til en række usædvanlige egenskaber, herunder evnen til at være vært for Majorana-fermioner, som er kvasipartikler, der opfører sig som deres egne antipartikler.

I deres undersøgelse viste forskerne, at Lieb-Schultz-Mattis-sætningen kan bruges til at forklare eksistensen af ​​Majorana-fermioner i Kitaev-materialer. De viste også, at teoremet kan bruges til at forudsige egenskaberne af andre Kitaev-materialer, som endnu ikke er blevet opdaget.

Disse resultater er et væsentligt skridt fremad i forståelsen af ​​kvantematerialer. De giver et nyt værktøj, som forskere kan bruge til at designe og konstruere materialer med specifikke egenskaber. Dette kan føre til udvikling af nye teknologier, såsom kvantecomputere og spintroniske enheder.

Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Physical Review Letters.