Это направление исследований возглавляет проф. С.И. Мухин. Группа изучает квантовый параметр порядка и кристаллизацию вдоль мацубаровской оси времени в коррелированных ферми-системах.

Описание сути исследований на уровне школы

Обычно если облучать кристалл фотонами или нейтронами,то т.к. кристалл имеет периодическую структуру, наблюдается дифракционная картина – Брэгговские пики. Однако теоретически возможно состояние твёрдого тела, когда при облучении его нейтронами никакой дифракционной картины не возникнет.

Точнее – не возникало бы никакого рассеяния от системы коллективизированных электронов. Как этого можно добиться?

Пусть у Вас есть антиферромагнитное состояние – оказывается можно добиться того, чтобы существовали одновременно два квантовых антиферромагнитных состояния с противоположной упорядоченностью магнитных моментов атомов:

Спин вверх Спин вниз

Как этого добиться? Для этого нужно чтобы были достаточно велики квантовые флуктуации магнитного момента атома. Квантовые флуктуации можно описать с помощью т.н. амплитуды квантового разупорядочения. Оказывается, что при некоторых значениях амплитуды квантового разупорядочения сосуществуют одновременно два квантовых антиферромагнитных состояния с противоположным упорядочением магнитных моментов атомов. Как влиять на амплитуду квантового разупорядочения? В некоторых системах её можно увеличить давлением.

Как можно проверить что состояние электронной подсистемы действительно есть суперпозиция состояний описанных на рисунках выше – а не парамагнитное состояние? При приложении магнитного поля, начиная с некоторой критической величины поля – квантовая суперпозиция состояний разбивается – и остаётся одно антиферромагнитное. Если бы это был парамагнетик – то он бы им и остался.

Как описывается электронная подсистема, которая существует сразу в двух макроскопических квантовых состояниях на рисунках выше? Это описывается как переходы во мнимом (т. н. Мацубаровском) времени между такими двумя состояниями. Вероятности таких переходов описываются с помощью т. н. инстантонов.

Описание сути исследований на уровне бакалавра

В качестве примера макроскопических квантовых конденсатов в системах многих тел можно привести технологии, разрабатываемые для квантовой обработки информации, а также новые экспериментальные данные о поведении высокотемпературных сверхпроводников на основе слабо легированных керамик переходных металлов (купраты). В частности, современная фотоника изучает возможности квантовой томографии, позволяющей определять фазовые множители квантовой суперпозиции когерентных световых пучков (фотонный аналог “кошки Шредингера”). Разработка методик измерения квантовой запутанности фотонов (“entanglement”) лежит в основе построения устройств для квантовой обработки информации и передачи квантовой информации на расстоянии. В то же время, в высокотемпературных сверхпроводящих купратах обнаружены следы так называемого “скрытого” параметра порядка (“hidden order”), который проявляется в появлении щели в электронном спектре на уровне Ферми, однако не поддаётся прямому определению, как например обычные параметры порядка: намагниченность или плотность волны зарядовой плотности. Новые теоретические результаты полученные на кафедре ТФКТ указывают на то, что реализация упорядочения (“конденсации” параметра порядка) в виде квантовой суперпозиции квазиклассических состояний фотонов или электронов может быть описана на языке кристаллизации в евклидовом пространстве. Причём “евклидов кристалл” отличается от обычного тем, что в нем периодическое упорядочение происходит не по пространственным осям, а по оси “мнимого времени” (“Matsubara time”), возникающего при описании термодинамики квантовых систем. Сейчас на кафедре проводятся исследования направленные на построение “теории упругости” евклидовых кристаллов и их взаимодействия с внешним миром (функции отклика на внешние воздействия).

Матсубара

Члены группы

С.И. Мухин М.В. Фистуль Т.Р. Галимзянов П.И. Карпов М.А. Ионцев А. Сеидов
С.И. Мухин М.В. Фистуль Т.Р. Галимзянов П.И. Карпов М.А. Ионцев А. Сеидов

Некоторые публикации

  1. S. I. Mukhin. Spontaneously broken matsubara’s time invariance in fermionic system: macroscopic quantum ordered state of matter. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 24(3):1165–1171, April 2011. URL: http://link.springer.com/article/10.1007/s10948-010-1102-4, doi: 10.1007/s10948-010-1102-4.
  2. S. I. Mukhin and M. V. Fistul. Generation of non-classical photon states in superconducting quantum metamaterials. Superconductor Science and Technology, 26(8):084003, August 2013. URL: http://iopscience.iop.org/0953-2048/26/8/084003, doi: 10.1088/0953-2048/26/8/084003.
  3. S. I. Mukhin and T. R. Galimzyanov. High superconducting t c and suppressed isotope effect in the instantonic condensate state of the fermi-system: analytic solution. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 26(8):2679–2683, August 2013. URL: http://link.springer.com/article/10.1007/s10948-013-2159-7, doi: 10.1007/s10948-013-2159-7.