Использование QMC моделирования для изучения динамической спиновой структуры плоских связанных спиновых лестниц

Рисунок, который показывает основной результат исследователей — сигнал моды Хиггса в динамическом структурном факторе в установке, соответствующей предыдущим экспериментам по рассеянию нейтронов. Предоставлено: Ин, Шмидт и Вессель.

Недавние эксперименты по рассеянию поляризованных неэластичных нейтронов позволили идентифицировать амплитудную (т.е. хиггсовскую) моду в C 9 H 18 N 2 CuBr 4 , двумерном, почти квантово-критическом соединении спиновой лестницы, которое проявляет слабую анизотропию обмена легкой осью. Вдохновленные этими результатами, исследователи из RWTH Aachen University, Harbin Institute of Technology и Erlangen-Nürnberg провели исследование, в котором изучался динамический спиновый структурный фактор плоско-связанных спин-лестничных систем с использованием крупномасштабного квантового метода Монте-Карло (QMC). моделирование.

«Наблюдение и понимание амплитудной моды Хиггса в квантовых магнитах является захватывающим, поскольку она связывает исследования в области физики высоких энергий (Нобелевская премия 2013 года за наблюдение частицы Хиггса) с аналогичными концепциями в физике конденсированных сред», Кай Филип Шмидт и Стефан Вессел, два исследователя, которые проводили исследование, сообщил Phys.org по электронной почте. «Однако эта мода является довольно хрупкой во многих планарных магнитах, поэтому ее потенциальное экспериментальное обнаружение в плоском квантовом магните связанных спиновых лестниц с помощью неупругого рассеяния нейтронов стало неожиданностью ».

Для целей исследования Шмидт разработал приблизительную теорию, которая еще не была жестко подтверждена с помощью количественного моделирования. Чтобы добиться этого, Вессель, с которым Шмидт был хорошо знаком, и Тао Ин, аспирант под руководством Весселя, решили попробовать применить к этой проблеме симуляции Монте-Карло.

По сути, они намеревались исследовать динамический спиновый структурный фактор ранее идентифицированных плоско-связанных спин-лестничных систем с использованием моделирования QMC. Их совместное исследование, опубликованное в Physical Review Letters ( PRL ) , позволило им достичь количественного понимания режима амплитуды Хиггса, описанного в предыдущем исследовании.

«Динамический структурный фактор важен, поскольку он содержит полную информацию о магнитных возбуждениях (например, амплитудной моде Хиггса), и это существенная величина, которая измеряется неупругим рассеянием нейтронов», — сказали Шмидт и Вессель. «Моделирование квантового Монте-Карло (QMC) является очень мощным числовым инструментом для изучения определенных классов квантовых магнитов и для выделения динамического структурного фактора, который обычно очень трудно получить другими средствами».

Используя современные методы моделирования QMC, Шмидт, Вессель и Ин смогли сравнить численные значения определенных энергий возбуждения с измеренными при неупругом рассеянии нейронов. Это впоследствии позволило им точно определить магнитные взаимодействия, присутствующие в конкретном квантовом магните.

«Количественное моделирование конкретного экспериментального квантового магнита и возможность интерпретировать природу наблюдаемых магнитных возбуждений в теории позволяет строго идентифицировать амплитудную моду Хиггса в двумерной системе связанных спиновых лестниц», — сказали Шмидт и Вессель. Кроме того, мы смогли проследить свойства амплитудной моды Хиггса в большом пространстве параметров в нашей модели. Это позволило нам проследить за этой частицей до так называемого предела Изинга, который является одной из самых парадигматических моделей в физике. «.

В своем исследовании Шмидт, Вессель и Ин смогли явно понять моду амплитуды Хиггса, наблюдаемую в предыдущих экспериментах, как связанное состояние двух обычных магнитных возбуждений , которое аналогично молекуле, состоящей из атомов. Их работа демонстрирует возможность разработки количественной теории для понимания спиновой динамики почти квантово-критических двумерных магнитов с использованием современных методов моделирования КМК. Хотя они специально применили свою теорию к соединению C 9 H 18 N 2 CuBr 4 , они полагают, что она также может быть использована для понимания динамики квантового спина других подобных магнитных соединений.

«В будущем есть много интересных маршрутов», — сказали Шмидт и Вессель. «В частности, будет важно понять судьбу амплитудной моды Хиггса, когда она настроена ближе к квантовым критическим точкам, например, при приложении магнитного поля или внешнего давления, как ведет себя это возбуждение и становится ли оно нестабильным». ?»

Источник информации: https://phys.org/news/2019-04-qmc-simulations-dynamic-planar-coupled.html

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...