Bose-Eynshteyn kvazipartikulalarining kondensatsiyasi - Bose–Einstein condensation of quasiparticles

Bose-Eynshteyn kondensatsiyasi sodir bo'lishi mumkin kvazipartikullar, samarali tavsiflangan zarralar jamoaviy hayajonlar materiallarda. Ba'zilarida butun spin bor va an'anaviy zarralar singari Boz-Eynshteyn statistikasiga bo'ysunishini kutish mumkin. Har xil kvaziparralarning kondensatsiyalanishi uchun sharoitlar bashorat qilingan va kuzatilgan. Mavzu faol o'rganish sohasi bo'lib qolmoqda.

Xususiyatlari

BEClar past haroratlarda deyarli barcha zarrachalar eng past kvant holatini egallashiga olib kelganda hosil bo'ladi. Kvazipartikullarning kondensatsiyasi ultrakold gazlar va materiallarda uchraydi. Moddiy kvazipartikullarning atomlarga nisbatan quyi massalari yuqori BEC haroratiga olib keladi. Ideal Bose gazi zarralararo masofa De-Broyl termal to'lqin uzunligiga yaqinlashganda fazali o'tishga ega: . Kritik konsentratsiya shunda , tanqidiy haroratga olib keladi: . Zarralar Boz-Eynshteyn taqsimotiga bo'ysunadi va barchasi asosiy holatni egallaydi:

Bose gazini garmonik tuzoqda ko'rib chiqish mumkin, , haroratga bog'liq bo'lgan asosiy holatni to'ldirish fraktsiyasi bilan:

Bunga tizimni sovutish va magnit yoki optik boshqarish orqali erishish mumkin. Spektroskopiya kondensatlangan termodinamik fazalarni ko'rsatadigan tepalikdagi siljishlarni aniqlay oladi. Quasiparticle BEC superfluid bo'lishi mumkin. Bunday holatlarning belgilariga fazoviy va vaqtinchalik izchillik va qutblanish o'zgarishi kiradi. Qattiq jismlar tarkibidagi eksitonlarni kuzatish 2005 yilda, materialdagi magnonlar va mikrokavitalarda 2006 yilda kuzatilgan. Grafen kondensatlangan moddalarni, shu jumladan kvazi zarralarini o'rganish uchun yana bir muhim qattiq holat tizimidir; Bu boshqa ingichka plyonkalarga o'xshash 2D elektronli gaz.[1][2]

Eksitonlar

Eksitonlar elektron teshik juftlari. O'xshash geliy-4 ortiqcha suyuqlik[3] da - nuqta (2.17K);[4][5] kondensat Böer va boshqalar tomonidan taklif qilingan. 1961 yilda.[6] Dalillarni keltira olmaydigan turli xil impulsli lazer izlashlariga olib keladigan eksperimental hodisa bashorat qilingan. Belgilar birinchi bo'lib Fuzukava va boshq. 1990 yilda, ammo aniq aniqlash 2000 yillarning oxirida nashr etilgan. Kondensatlangan eksitonlar - bu a superfluid va fononlar bilan ta'sir o'tkazmaydi. Oddiy eksiton yutilishi fononlar yordamida kengaytirilsa, supero'tkazgichda singdirish chiziqqa aylanadi.

Nazariya

Eksitonlar fotonlarning hayajonli elektronlari natijasida teshiklar hosil bo'ladi, ular tortilib, bog'langan holatlarni hosil qilishi mumkin. 1s paraekskiton va ortoeksiton mumkin. Degeneratsiyalangan ortoektsiton holatlaridan (umr ~ ns) pastroq bo'lgan 1s uchlik spin holati, ajralib chiqadi va optik yemirilishgacha uzoq umr ko'radi. Gaz zichligini suyultirish (n ~ 1014sm−3) mumkin, ammo paraektsitsiyani hosil qilish darajasi yomon, shuning uchun yuqori zichlik hosil bo'lishida sezilarli isitish sodir bo'ladi (10)17sm−3BEClarning oldini olish. Termodinamik fazani ajratish de Broyl to'lqin uzunligi () beradi:

 

 

 

 

()

Qaerda, eksiton zichligi, samarali massa (elektron massasi tartibida) va , Plank va Boltsman doimiylari. Zichlik optik avlodga bog'liq va umr bo'yi: . Sozlangan lazerlar o'z-o'zini yo'q qilish samaradorligini oshiradigan eksitonlar hosil qiladi: , yuqori zichlikdagi parektsiton BEC ning oldini olish.[7] Potentsial quduq diffuziyani cheklaydi, eksiton parchalanishini pasaytiradi va kritik sonni pasaytiradi va kritik haroratga nisbatan yaxshilanadi T3/2 erkin zarrachalarni masshtablash:

Tajribalar

Juda toza Cu ichida2Ey kristall: = 10s. Erish mumkin bo'lgan T = 0,01K uchun boshqariladigan optik nasos tezligi 10 ga teng5/ s kondensat hosil qilishi kerak.[8] J. Keldyshning batafsil hisob-kitoblari[9] va keyinroq D. Snoke va boshq.[10] belgilarni aniqlay olmagan 1990-yillarda ko'plab eksperimental qidiruvlarni boshladi.[11][12][13] Pulse usullari haddan tashqari qizib ketishiga olib keldi, kondensat holatlarini oldini oldi. Geliyni sovutish miili-kelvinni o'rnatishga imkon beradi va impulsli qidiruvlarda doimiy to'lqin optikasi yaxshilanadi. Kondensatning 354 mK haroratdagi bo'shashgan portlashi Yoshioka va boshq. 2011 yilda.[14] Stolz va boshqalarning so'nggi tajribalari. potentsial tuzoqdan foydalanish 37 mK ultra past haroratda ko'proq dalillar keltirdi.[7] Eksiton harorati 200 mK bo'lgan va umri 650 n gacha kengaygan parabolik tuzoqda lyuminesansning lazer intensivligiga bog'liqligi kondensatsiyani ko'rsatadigan kinkga ega. Bose gazining nazariyasi, eksiton spektrini bashorat qilish uchun Bogoliubov yondashuvi bilan o'rtacha o'zaro ta'sir qiluvchi gazga tarqaladi; Kink BECga o'tish belgisi hisoblanadi. GaAs kvant qudug'ida zich gazli BEC uchun belgilar paydo bo'ldi.[15]

Magnonlar

Magnonlar, elektron spin to'lqinlari, magnit maydon tomonidan boshqarilishi mumkin. Suyultirilgan gaz chegarasidan kuchli ta'sir o'tkazuvchi Bose suyuqligiga zichlik mumkin. Magnit buyurtma supero'tkazishning analogidir. Kondensat qo'llaniladigan magnit maydon bilan sozlanishi mumkin bo'lgan monoxromatik mikroto'lqinlarning chiqishi sifatida paydo bo'ladi.

1999 yilda antiferromagnitikda kondensatsiya aniqlandi TlCuCl3,[16] 14 K gacha bo'lgan haroratda yuqori o'tish harorati (atom gazlariga nisbatan) kichik massa (elektron yaqinida) va katta zichlikka bog'liq. 2006 yilda kondensatsiya a ferromagnitik Yttrium-temir-granat yupqa plyonka xona haroratida ham ko'rinardi[17][18] optik nasos bilan. Gadoliniyda kondensatsiya 2011 yilda qayd etilgan.[19] Magnon BEC-lari ko'rib chiqildi kubitlar uchun kvant hisoblash.[20]

Polaritonlar

Polaritonlar, eksitonlarga engil birikish natijasida kelib chiqqan, optik bo'shliqlarda va eksiton-polaritonlarning kondensatsiyasi optik mikrokavitada birinchi marta Tabiatda 2006 yilda nashr etilgan.[21] Yarimo'tkazgich bo'shlig'i polariton gazlari 19K da asosiy holatga o'tishga o'tadi.[21] Bogoliubovning hayajonlari 2008 yilda polaritonli BEC-larda ko'rilgan.[22]BEC imzolari xona haroratida birinchi marta 2013 yilda kuzatilgan eksiton energetik yarimo'tkazgich qurilmasi [23][24] va polimer mikrokavitasida.[25]

Boshqa kvazipartikullar

Rotonlar, supero'tkazuvchi elementar qo'zg'alish 4U Landau tomonidan taqdim etilgan,[26] Feynman tomonidan muhokama qilingan[27] va boshqalar.[28] Rotonlar past haroratda quyuqlashadi. Tajribalar taklif qilindi va kutilayotgan spektr o'rganildi,[29][30][31] ammo roton kondensatlari aniqlanmagan. Fononlar birinchi marta 2004 yilda kondensat ichida 7K da vismut kristalidagi ultra qisqa zarbalar bilan kuzatilgan.[32]

Muhim nashrlar

  • Ando, ​​Tsuneya; Fowler, Alan B.; Stern, Frank (1982 yil 1 mart). "Ikki o'lchovli tizimlarning elektron xususiyatlari". Zamonaviy fizika sharhlari. Amerika jismoniy jamiyati (APS). 54 (2): 437–672. Bibcode:1982RvMP ... 54..437A. doi:10.1103 / revmodphys.54.437. ISSN  0034-6861.
  • Dalfovo, Franko; Giorgini, Stefano; Pitaevskiy, Lev P.; Stringari, Sandro (1999 yil 1 mart). "Tutilgan gazlarda Boz-Eynshteyn kondensatlanish nazariyasi". Zamonaviy fizika sharhlari. Amerika jismoniy jamiyati (APS). 71 (3): 463–512. arXiv:kond-mat / 9806038. Bibcode:1999RvMP ... 71..463D. doi:10.1103 / revmodphys.71.463. ISSN  0034-6861.
  • Bloch, Immanuil; Dalibard, Jan; Zwerger, Vilgelm (2008 yil 18-iyul). "Ultrakold gazlar bilan ko'p tanali fizika". Zamonaviy fizika sharhlari. 80 (3): 885–964. arXiv:0704.3011. Bibcode:2008RvMP ... 80..885B. doi:10.1103 / revmodphys.80.885. ISSN  0034-6861.
  • Bugrij, A. I .; Loktev, V. M. (2007). "Boz-Eynshteynning kvazipartikulalarning kondensatsiyasi nazariyasi to'g'risida: Ferromagnonlarning yuqori haroratda kondensatsiyalanishi mumkinligi to'g'risida". Past harorat fizikasi. AIP nashriyoti. 33 (1): 37–50. Bibcode:2007LTP .... 33 ... 37B. doi:10.1063/1.2409633. ISSN  1063-777X.
  • Butov, L. V .; Lay, C. V.; Ivanov, A. L.; Gossard, A. S .; Chemla, D. S. (2002). "Boz-Eynshteynning potentsial tuzoqlarida eksitonlarning kondensatsiyalanishi tomon". Tabiat. Springer tabiati. 417 (6884): 47–52. Bibcode:2002 yil Nat. 417 ... 47B. doi:10.1038 / 417047a. ISSN  0028-0836. PMID  11986661.

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ Eyzenshteyn, JP; Makdonald, AH (2004 yil 9-dekabr). "Ikki qatlamli elektron tizimlarida eksitonlarning Boz-Eynshteyn kondensatsiyasi". Tabiat. 432 (7018): 691–694. arXiv:kond-mat / 0404113. Bibcode:2004 yil natur.432..691E. doi:10.1038 / nature03081. PMID  15592403.
  2. ^ Berman, OL; Kezerashvili, RY; Lozovik, YE; Snoke, DW (2010 yil 1-noyabr). "Bose-Eynshteyn kondensatsiyasi va mikrofirma ichiga o'rnatilgan grafen va kvant quduqlarida tutilgan polaritonlarning supero'tkazilishi". Qirollik jamiyatining falsafiy operatsiyalari A. 368 (1932): 5459–82. Bibcode:2010RSPTA.368.5459B. doi:10.1098 / rsta.2010.0208. PMID  21041225.
  3. ^ London, F (1938). " -Suyuq geliy va Boz-Eynshteyn kondensatsiyasi nuqtasi ". Tabiat. 141 (3571): 643–644. Bibcode:1938 yil Nat.141..643L. doi:10.1038 / 141643a0.
  4. ^ Eynshteyn, A. (1920) Proc. Berlin akad. Ilm-fan
  5. ^ Kapiza, P (1938). "Suyuq geliyning λ-nuqta ostidagi yopishqoqligi". Tabiat. 141 (3558): 74. Bibcode:1938 yil Nat.141 ... 74K. doi:10.1038 / 141074a0.
  6. ^ Blatt, JM, KV. Boer va W. Brandt, (1962) Boz-Eynshteyn Eksitonlarning kondensatsiyasi, fiz. Rev. 126.5, 1691
  7. ^ a b Geynrix Stolz; va boshq. (2012). "Ultratovushli haroratda eksitonlarning Cu2O kondensatsiyasi: tajriba va nazariya". Yangi fizika jurnali. 14 (10): 105007. arXiv:1206.7029. Bibcode:2012NJPh ... 14j5007S. doi:10.1088/1367-2630/14/10/105007.
  8. ^ Avrora, KP (2001) Termodinamika, McGraw-Hill
  9. ^ Keldysh, L.V. (1965). "Muvozanatsiz jarayonlar uchun diagramma usuli" (PDF). Sov. Fizika. JETP. 20: 1018.
  10. ^ Snoke, D.V.; Vulfe, JP .; Mysyrovicz, A. (1990). "Bose-Eynshteyn eksitonlarining inCu2O kondensatsiyalanishiga dalillar". Fizika. Vahiy B.. 41 (16): 11171–11184. Bibcode:1990PhRvB..4111171S. doi:10.1103 / physrevb.41.11171. PMID  9993538.
  11. ^ Naka, N .; Nagasawa, N. (2005). "CuO da harmonik potentsial tuzog'ida sovuq eksitonlarning bosonik stimulyatsiyasi". Luminesans jurnali. 112 (1–4): 11–16. Bibcode:2005JLum..112 ... 11N. doi:10.1016 / j.jlumin.2004.09.035.
  12. ^ Joshioka, K .; Ideguchi, T .; Mysyrovicz, A; Kuvata-Gonokami, M. (2010). "Paraektsitonlar inCu2O o'rtasidagi kvant elastik bo'lmagan to'qnashuvlar". Fizika. Vahiy B.. 82 (4): 041201. Bibcode:2010PhRvB..82d1201Y. doi:10.1103 / physrevb.82.041201.
  13. ^ Stolz, X .; Semkat, D. (2010). "Potentsial tuzoqdagi zaif o'zaro ta'sir qiluvchi eksitonlarning parchalanish lyuminesans chizig'idagi Bose-Eynshteyn kondansatsiyasining noyob imzolari". Fizika. Vahiy B.. 81 (8): 081302. arXiv:0912.2010. Bibcode:2010PhRvB..81h1302S. doi:10.1103 / physrevb.81.081302.
  14. ^ Yoshioka, Kosuke; Chae, Yunmi; Kuvata-Gonokami, Makoto (2011 yil 31-may). "Boz-Eynshteyn kondensatiga o'tish va Kelvinning pastki haroratida eksitonlarning bo'shashgan portlashi". Tabiat aloqalari. 2 (328): 328. arXiv:1008.2431. Bibcode:2011 yil NatCo ... 2E.328Y. doi:10.1038 / ncomms1335.
  15. ^ Alloing, Matyo; Beian, Mussi; Lyenshteyn, Masij; Fuster, Devid; Gonsales, Yolanda; Gonsales, Luiza; Combescot, Roland; Combescot, Monique; Dubin, Fransua (2014 yil iyul). "Eksitonlarning Boz-Eynshteyn kondensati uchun dalillar". EPL. 107 (1): 10012. arXiv:1304.4101. Bibcode:2014EL .... 10710012A. CiteSeerX  10.1.1.771.3531. doi:10.1209/0295-5075/107/10012.
  16. ^ Nikuni, T .; Oshikava, M .; Oosava, A .; Tanaka, H. (1999). "TlCuCl da suyultirilgan magnonlarning Bose-Eynshteyn kondensatsiyasi3". Jismoniy tekshiruv xatlari. 84 (25): 5868–71. arXiv:cond-mat / 9908118. Bibcode:2000PhRvL..84.5868N. doi:10.1103 / PhysRevLett.84.5868. PMID  10991075.
  17. ^ Demokritov, S.O .; Demidov, VE; Dzyapko, O; Melkov, GA; Serga, AA; Hilbrands, B; Slavin, AN (2006). "Baza-Eynshteyn kvazi muvozanat magnonlarining nasos ostida xona haroratida kondensatsiyasi". Tabiat. 443 (7110): 430–433. Bibcode:2006 yil natur.443..430D. doi:10.1038 / nature05117. PMID  17006509.
  18. ^ Magnon Bose Eynshteynning kondensatsiyasi sodda qilingan. "Westfählische Wilhelms Universität Münster" veb-sayti Prof.Demokritov. Qabul qilingan 25 iyun 2012 yil.
  19. ^ Metyu, SP; Kaul, SN (2011 yil 6-iyul). "Nano o'lchamdagi donalar bilan polikristalli gadoliniyumdagi magnalarning Bose-Eynshteyn kondensatsiyasi". J fizik kondensat moddasi. 23 (26): 266003. Bibcode:2011JPCM ... 23z6003M. doi:10.1088/0953-8984/23/26/266003. PMID  21673396.
  20. ^ Andrianov, S. N; Moiseev, S. A (2 oktyabr 2014). "Magnon kubit va magnonli Bose-Eynshteyn kondensatlari bo'yicha kvant hisoblash". Fizika. Vahiy A. 90 (4): 042303. Bibcode:2014PhRvA..90d2303A. doi:10.1103 / PhysRevA.90.042303.
  21. ^ a b Kasprzak, J; Richard, M; Kundermann, S; Baas, A; Jeambrun, P; Kiling, JM; Marchetti, FM; Syzimska, MH; Andr, R; Staxli, JL; Savona, V; Littlewood, PB; Deveaud, B; Dang (2006 yil 28 sentyabr). "Eksiton polaritonlarining Bose-Eynshteyn kondansatsiyasi". Tabiat. 443 (7110): 409–414. Bibcode:2006 yil Nat.443..409K. doi:10.1038 / nature05131. PMID  17006506.
  22. ^ Utsunomiya, S; Tian, ​​L; Roumpos, G; Lay, C. V; Kumada, N; Fujisava, T; Kuvata-Gonokami, M; Lyofler, A; Xyofling, S; Forchel, A; Yamamoto, Y (2008). "Bogoliubov qo'zg'alishini eksiton-polariton kondensatlarida kuzatish". Tabiat fizikasi. 4 (9): 700–705. Bibcode:2008 yil NatPh ... 4..673U. doi:10.1038 / nphys1034.
  23. ^ Das, A; Battacharya, P; Xeo, J; Banerji, A; Guo, V (2013 yil 19-fevral). "Al (Ga) N nanovir-dielektrikli mikrokavtdagi xona haroratida Polariton Bose-Eynshteyn kondensati fazoviy potentsial tuzog'iga ega". Milliy fanlar akademiyasi materiallari. 110 (8): 2735–2740. arXiv:1208.2723. Bibcode:2013PNAS..110.2735D. doi:10.1073 / pnas.1210842110. PMC  3581885. PMID  23382183.
  24. ^ Frensis, Metyu (6-fevral, 2013-yil). "ILMIY METOD / ILMIY VA KO'ZATISH Bose-Eynshteyn kondensati xona haroratida yaratilgan". Ars Technica.
  25. ^ Plumhof, JD; Stöferle, T; May, L; Sherf, U; Mahrt, RF (2013 yil 8-dekabr). "Bose-Eynshteyn xona haroratidagi bo'shliq eksiton-polaritonlarning polimerdagi kondensatsiyasi". Tabiat materiallari. 13 (3): 247–252. Bibcode:2014 yil NatMa..13..247P. doi:10.1038 / nmat3825. PMID  24317189.
  26. ^ L. Landau (1941). J. Fiz. SSSR. 5: 71. Yo'qolgan yoki bo'sh sarlavha = (Yordam bering)
  27. ^ Feynman, R. P (1954). "R. P. Feynman" (PDF). Fizika. Vah. 94 (2): 262–277. Bibcode:1954PhRv ... 94..262F. doi:10.1103 / PhysRev.94.262.
  28. ^ Iordanskiy, S. V; Pitaevskiy, Lev P (1980). "Harakatlanuvchi rotonlarning kondensatsiyasi". Sovet fizikasi Uspekhi. 23 (6): 317–318. Bibcode:1980SvPhU..23..317I. doi:10.1070 / PU1980v023n06ABEH004937.
  29. ^ L. A. Melnikovskiy (2011 yil 22-iyul). "Rotlarning Bose-Eynshteyn kondansatsiyasi". Fizika. Vahiy B.. 84 (2): 024525. arXiv:1009.4114. Bibcode:2011PhRvB..84b4525M. doi:10.1103 / PhysRevB.84.024525.
  30. ^ Blakie, P. B; Bailli, D; Bisset, R. N (2012 yil 15-avgust). "Garmonik ravishda tutilgan dipolyar Bose-Eynshteyn kondensatidagi roton spektroskopiyasi". Fizika. Vahiy A. 86 (2): 021604. arXiv:1206.2770. Bibcode:2012PhRvA..86b1604B. doi:10.1103 / PhysRevA.86.021604.
  31. ^ Galli, D. E; Reatto, L; Rossi, M (2014). "Kvant Monte-Karlo supero'tkazuvchi He4 tarkibidagi girdobni o'rganish va qattiq holatda girdob holatini izlash". Fizika. Vahiy B.. 89 (22): 224516. arXiv:1405.7589. Bibcode:2014PhRvB..89v4516G. doi:10.1103 / PhysRevB.89.224516.
  32. ^ Misochko, O. V; Xeys, Muneaki; Ishioka, K; Kitajima, M (2004 yil 16 fevral). "Fononlarning vaqtinchalik Bose-Eynshteyn kondensatsiyasi". Fizika xatlari A. 321 (5–6): 381–387. Bibcode:2004 PHLA..321..381M. doi:10.1016 / j.physleta.2003.11.063.