Skip to main content
European Commission logo print header

Numerical study of dynamics and magnetic properties of strongly correlated electron systems

Article Category

Article available in the following languages:

Fizyka układów silnie skorelowanych elektronów

Fizyka materiałów o silnej korelacji między elektronami jest jedną z najbardziej intrygujących i wszechstronnych dziedzin. Badacze finansowani ze środków UE wnieśli wkład w jej opis teoretyczny i głębsze zrozumienie, ujawniając szczególne właściwości magnetyczne i elektroniczne.

Energia icon Energia

Silne korelacje między elektronami stanowią podstawę wyjątkowych właściwości fizycznych, takich jak niekonwencjonalne nadprzewodnictwo i nowe fazy kwantowe ze względu na silne sprzężenie spinowo-orbitalne. Wiele spośród tych zjawisk można zaobserwować w związkach i stopach na bazie irydu, prazeodymu i uranu. Są one ogólnie określane mianem niestabilności konfiguracji elektronowej w stanie podstawowym. Jednak fizyka tych materiałów jest tak bogata i złożona, że nie sposób jej wyjaśnić za pomocą konwencjonalnych teorii opisujących metale i izolatory. W ramach projektu COEL (Numerical study of dynamics and magnetic properties of strongly correlated electron systems) fizycy wykroczyli poza konwencjonalne opisy skorelowanych układów elektronowych, aby lepiej zrozumieć ich egzotyczne właściwości. Zespół projektu COEL zastosował metodę kwantową Monte Carlo względem wzajemnie oddziałującego modelu poziomu rezonansowego – jednego ze standardowych stoisk do prób dla tego rodzaju badań – aby obliczyć wielkości fizyczne, takie jak rezystywność elektryczna w temperaturach skończonych. Wyniki obliczeń pozwoliły wyjaśnić nietypowe stany kwazicząstek w związkach samaru, bazujące na zjawisku silnych fluktuacji ładunku. W przypadku formowania nietypowych stanów ciężko-fermionowych w związkach uranu członkowie projektu COEL potrzebowali punktu wyjścia wykraczającego poza zwykły efekt Kondo. Ustalili, że włączenie potencjalnego składnika rozpraszającego oprócz interakcji wymiany ferromagnetycznej zlokalizowanego spinu i elektronów przewodzenia spowodowało zmniejszenie rezystywności przy obniżającej się temperaturze. W trakcie projektu badacze przyjrzeli się także relaksacji spinu indukowanej przez sprzężenie spinowo-orbitalne w metalach i półprzewodnikach. Dwa najistotniejsze mechanizmy, tak zwane mechanizmy Elliotta-Yafeta i D'yahkonova-Perela, zostały ujednolicone poprzez model pseudopotencjalny stworzony dla półprzewodników o strukturze krystalicznej blendy cynkowej. Na zakończenie powstała teoria, której celem było określenie nadsubtelnego sprzężenia elektronowo-jądrowego na podstawie danych eksperymentalnych. To nadsubtelne sprzężenie spowodowane jest interakcją magnetyczną jądra z elektronami za pośrednictwem mechanizmów, takich jak styk Fermiego i polaryzacja rdzenia. Odgrywa fundamentalną rolę w transporcie spinu wykorzystywanym w spintronice. Postępy w zakresie zrozumienia układów silnie skorelowanych elektronów za pomocą efektywnych technik symulacyjnych Monte Carlo w połączeniu z fizyką układów wielociałowych będzie mieć następstwa w wielu dziedzinach wykraczających poza współczesną elektronikę. Znajomość procesów elektrochemicznych na poziomie atomowym umożliwi prowadzenie prac inżynieryjnych wykorzystujących najnowsze wyniki projektu COEL do zwiększania wydajności ogniw słonecznych, baterii i ogniw paliwowych.

Słowa kluczowe

Układy silnie skorelowanych elektronów, niekonwencjonalne nadprzewodnictwo, kwantowe algorytmy Monte Carlo, spintronika

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania