"Eine der grundlegenden Fragen in der Physik ist derzeit - und in den letzten Jahren -, ob Bosonen eine supersolide Phase bilden können oder nicht", sagt Frédéric Mila gegenüber PhysOrg.com . Mila ist Wissenschaftlerin am Institut für Theoretische Physik der École Polytechnique Fédérale in Lausanne, Schweiz. "Wir zeigen, wie in einem Quantenantiferromagneten eine supersolide Phase erreicht werden kann."

Mila arbeitete bei diesem Projekt mit Schmidt und Dorier, ebenfalls an der EPFL, und mit Läuchli an der IRRMA in Lausanne. Ihre Arbeit, die sich auf ein Modell von Bosonen mit korreliertem Hopping stützt, wird in Physical Review Letters beschrieben : „Supersolid-Phase induziert durch korreliertes Hopping in Spin-1/2-frustrierten Quantenmagneten“.

„Eines der Probleme war, ob ein Bosonensystem an derselben Stelle gleichzeitig eine Superflüssigkeit und einen Kristall bilden kann oder nicht“, sagt Mila. „Die meiste Arbeit wurde mit Helium-4 geleistet, aber zu diesem Zeitpunkt wird noch diskutiert, ob eine supersolide Phase realisiert werden kann. Aber für Bosonen, die sich bereits in einem Gitter befinden, ist es möglicherweise einfacher, ein Übergitter zu erstellen und einen Supersolid zu realisieren, der in der Natur zu sehen ist.

In und per E-Mail erklärt Mila, dass ein Unterschied zum Hauptansatz zur Induzierung eines überfesten Zustands in tatsächlichen Bosonen (wie Helium-4) darin besteht, „mit effektiven Spin-1-Triplett-Anregungen umzugehen, die durch ein Magnetfeld in bestimmten Quantenantiferromagneten wie Dimer induziert werden Modelle realisiert zum Beispiel in mehreren Kupferoxiden. “

In der Tat verhalten sich diese Anregungen wie Bosonen - solche Teilchen wie Photonen oder Pionen mit Integral- oder Null-Spin. „Die Analogie zwischen Bosonen und Quantenmagneten hat sich in den letzten zehn Jahren als sehr fruchtbar erwiesen“, sagt Mila.

Laut Mila nutzte das Lausanner Team außerdem die Frustration von Quantenmagneten, um ein korreliertes Hüpfen zwischen diesen Bosonen zu induzieren, wobei ein Boson hüpfen kann, vorausgesetzt, es gibt ein anderes Boson in der Nähe. Dieses korrelierte Hüpfen bildet die Grundlage des Modells, das Mila und seine Kollegen untersucht haben: „Unser Beitrag zeigt, dass das System, wenn sich bosonische Tripletts durch korreliertes Hüpfen bewegen, eine lokale feste Ordnung bilden möchte, um kinetische Energie zu gewinnen“, sagt Mila. "So realisiere ich einen Spin supersolid".

Mila räumt ein, dass diese Arbeit derzeit noch spekulativ ist: „Bisher wurden keine überzeugenden Beweise für den besten Kupferoxidkandidaten gefunden.“ Mila weist darauf hin, dass „bei einem Supersolid zwei Phasenübergänge erwartet werden, wenn die Temperatur dort gesenkt wird, wo die beiden übergehen es entwickeln sich Arten von Ordnungen, von denen nur eine in dieser Verbindung berichtet wurde. Man kann nicht ausschließen, dass Experimente nicht bei ausreichend niedriger Temperatur durchgeführt wurden, aber dies könnte auch auf Anisotropieeffekte zurückzuführen sein. “

Es besteht die Möglichkeit für zukünftige Verwendungen von Bosonen, die zwei Aufträge in demselben System anzeigen könnten. "Zunächst einmal", sagt Mila, "wäre es experimentell und grundlegend interessant." Aber es gibt auch mögliche Materialanwendungen. „In Zukunft herrscht allgemeine Einigkeit darüber, dass Materialien mit zwei verschiedenen Auftragsarten gleichzeitig interessant sein könnten.“ Er qualifiziert sich schnell: „Natürlich sind wir von solchen Anwendungen weit entfernt.“

Im Moment ist Mila jedoch damit zufrieden, den experimentellen Weg zu beschreiten. "Unser erstes Interesse ist es, Experimentatoren zu überzeugen, den Quantenmagnetismus zu untersuchen, um festzustellen, ob es eine supersolide Phase geben könnte."

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