Ein Blick in die Welt der Spin-3/2-Materialien

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Peeking into a World of Spin-3/2 MaterialsForscher haben seit über einem Jahrhundert die Grenzen der Quantenwelt verschoben.

Und immer wieder war der Spin eine reiche Quelle für neue Physik.Spin ist wie Masse und elektrische Ladung eine intrinsische Eigenschaft von Quantenteilchen.

Es ist von zentraler Bedeutung, um zu verstehen, wie Quantenobjekte auf ein Magnetfeld reagieren werden, und es teilt alle Quantenobjekte in zwei Typen ein.

Die halbzahligen, wie das Spin-1/2-Elektron, weigern sich, den gleichen Quantenzustand zu teilen, während die ganzzahligen, wie das Spin-1-Photon, kein Problem damit haben, sich zusammenzukuscheln.

Spin ist also wesentlich, wenn man sich mit praktisch jedem Thema beschäftigt, das von der Quantenmechanik beherrscht wird, vom Higgs-Boson bis zu Supraleitern.Doch nach fast einem Jahrhundert, in dem die Quantenforschung eine zentrale Rolle gespielt hat, bleiben Fragen zum Spin noch immer offen.

Warum haben zum Beispiel alle Elementarteilchen, von denen wir wissen, nur Spinwerte von 0, 1/2 oder 1? Und welche neuen Verhaltensweisen könnten für Teilchen mit Spinwerten größer als 1 existieren?Die erste Frage mag ein kosmisches Rätsel bleiben, aber es gibt Möglichkeiten, die zweite zu erforschen.

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Im Inneren eines Materials kann die Umgebung eines Teilchens dazu führen, dass es sich so verhält, als hätte es einen neuen Spinwert.

In den letzten Jahren haben Forscher Materialien entdeckt, in denen sich Elektronen so verhalten, als ob ihr Spin von 1/2 auf 3/2 angehoben worden wäre.

Der JQI-Postdoktorand Igor Boettcher untersuchte die neuen Verhaltensweisen, die diese Spins hervorrufen könnten, in einem kürzlich erschienenen Artikel auf der Titelseite von Physical Review Letters.Anstatt ein bestimmtes Material zu betrachten, konzentrierte sich Boettcher auf die Mathematik, die Wechselwirkungen zwischen Spin-3/2-Elektronen bei niedrigen Temperaturen beschreibt.

Diese Elektronen können auf mehr Arten interagieren als ihre banalen Spin-1/2-Pendants, was neue Phasen – oder kollektive Verhaltensweisen – freisetzt, nach denen Forscher in Experimenten suchen können.

Boettcher sichtete die möglichen Phasen und suchte nach denjenigen, die bei niedrigen Temperaturen wahrscheinlich stabil sind.

Er untersuchte, welche Phasen am wenigsten Energie binden….

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