Сильные корреляции в квантовых системах

Физик Алексей Рубцов о малом параметре, сильно коррелированных системах и экспериментальных приложениях таких систем

11.10.2014
4 134
Как описывать системы, в которых нет малого параметра? Как устроены коррелированные наноструктуры? Как используются сильно коррелированные системы? Об этом рассказывает доктор физико-математических наук Алексей Рубцов.

Корреляции — взаимовлияние различных составляющих сложной системы друг на друга. Дело в том, что физика умеет записать уравнения, которые описывают практически любую систему, но не всегда умеет эти уравнения решить. Фактически решение возможно только в случае, когда эта сложная система состоит из набора частиц, которые друг с другом не взаимодействуют, и их можно описывать по отдельности, либо взаимодействуют слабо. В этом последнем случае говорят о том, что можно построить теорию, у которой есть малый параметр. Малый параметр очень важен для существования, скажем, нашего мира в целом. Например, свет в нашем мире слабо связан с веществом, по отдельности существуют атомы, и по отдельности существуют электромагнитные волны. Численно это связано с тем, что есть соответствующий малый параметр, он называется «постоянная тонкой структуры» и равен численно примерно 1/137. И вся физика ХХ века (и особенно физика советская теоретическая) опирается на концепцию малого параметра, который можно тем или иным образом ввести.

Туннельный эффектФизик Алексей Рубцов об альфа-распаде тяжелых атомов, технологии записи информации на флеш-накопители и будущем микросхем

Простейший пример коррелированной наноструктуры — это квантовая точка, островок полупроводника в матрице диэлектрика, в котором может находиться счетное количество электронов: один, два, три или сколько-то еще. При этом оказывается, что если количество электронов — это, как принято говорить, хорошее квантовое число, флуктуации количества электронов невелики, то кулоновские силы между ними существенны; если, например, на квантовой точке уже есть один электрон, то он просто за счет сил кулоновского отталкивания препятствует попаданию второго электрона на эту же квантовую точку. Такое явление принято называть квантовой блокадой. Квантовая блокада лежит в основе прибора, который называется электронным транзистором.

Опишу набор возможных экспериментальных приложений таких систем: это разработка устройств наноэлектроники, это новые электроды для аккумуляторов, которые есть у каждого из нас в сотовых телефонах и компьютерах и тому подобных устройствах. Это, наконец, решение фундаментальных проблем типа проблемы высокой температуры сверхпроводимости. Однако как раз вот с высокотемпературной сверхпроводимостью возникла закавыка, которая до сих пор толком и не решена. Дело в том, что как раз в этих системах корреляции являются не только сильными, но и нелокальными в пространстве. То есть эти системы в некотором смысле принципиальным образом не могут быть описаны как эффективная корреляция на одном узле, обязательно надо говорить о двух разных точках в пространстве. Самое простое, что можно сделать, — сделать не маленький узел, а некий эффективный сверхузел (его называют кластером), в который попадает несколько узлов решетки, и, таким образом, эффект непространственной нелокальности тем или иным образом в расчеты все-таки можно включить. Но сразу понятно, чем такое описание плохо: если мы ввели кластер, мы искусственным образом нарушили периодичность решетки, которая на самом деле есть. Можно улучшить кластерные методы, можно сделать какие-то другие приближения, тем не менее проблема сильных корреляций в высокотемпературных сверхпроводиках в настоящее время остается по большому счету открытой.

доктор физико-математических наук, МГУ им. М.В. Ломоносова, Российский Квантовый Центр, ВНИИА им. Н.Л. Духова
Узнал сам? Поделись с друзьями!
  • VZ

    — может я и не понимаю всего в лекции, но знаю точно — квантовая физика это острие науки и демонстрирует мощь государства. Спасибо коллективу постнаука прекрасный выбор лектора!

    Опубликовано материалов
    03587
    Готовятся к публикации
    +28
    Самое читаемое за неделю
  • 1
    ПостНаука
    5 340
  • 2
    Татьяна Тимофеева
    2 807
  • 3
    Роман Бевзенко
    1 540
  • 4
    Сергей Афонцев
    1 535
  • 5
    ПостНаука
    793
  • 6
    Елизавета Бонч-Осмоловская
    17
  • Новое

  • NEW
    17
  • 5 340
  • 793
  • 2 807
  • 1 535
  • 1 540