Séparation spin – charge - Spin–charge separation
En physique de la matière condensée , la séparation spin-charge est un comportement inhabituel des électrons dans certains matériaux dans lesquels ils se «divisent» en trois particules indépendantes, le spinon , l' orbiton et le holon (ou chargon). L'électron peut toujours être considéré théoriquement comme un état lié des trois, avec le spinon portant la rotation de l'électron, la orbiton portant l' orbitale degré de liberté et la chargon portant le responsable , mais dans certaines conditions , ils peuvent se comporter comme indépendants quasiparticules .
La théorie de la séparation spin – charge trouve son origine dans les travaux de Sin-Itiro Tomonaga qui a développé une méthode approximative pour traiter les systèmes quantiques interactifs unidimensionnels en 1950. Celle-ci a ensuite été développée par Joaquin Mazdak Luttinger en 1963 avec un modèle exactement résoluble qui démontrait le spin –Séparation des charges. En 1981, F. Duncan M. Haldane a généralisé le modèle de Luttinger au concept liquide Tomonaga- Luttinger où la physique du modèle de Luttinger s'est avérée théoriquement être une caractéristique générale de tous les systèmes métalliques unidimensionnels. Bien que Haldane ait traité des fermions sans spin, l'extension aux fermions spin-½ et la séparation spin-charge associée était si claire que l'article de suivi promis n'apparaissait pas.
La séparation spin-charge est l'une des manifestations les plus inhabituelles du concept de quasi - particules . Cette propriété est contre-intuitive, car ni le spinon, avec une charge nulle et une moitié de spin, ni le chargon, avec une charge moins un et un spin nul, ne peuvent être construits comme des combinaisons d'électrons, de trous , de phonons et de photons qui sont les constituants du système. . C'est un exemple de fractionnement , phénomène dans lequel les nombres quantiques des quasiparticules ne sont pas des multiples de ceux des particules élémentaires, mais des fractions.
Les mêmes idées théoriques ont été appliquées dans le cadre des atomes ultrafroids . Dans un gaz Bose à deux composants en 1D, de fortes interactions peuvent produire une forme maximale de séparation spin – charge.
Observation
S'appuyant sur la théorie de 1981 du physicien F. Duncan M. Haldane , des experts des universités de Cambridge et de Birmingham ont prouvé expérimentalement en 2009 qu'une masse d'électrons artificiellement confinés dans un petit espace ensemble se diviserait en spinons et holons en raison de l'intensité de leur répulsion mutuelle (d'avoir la même charge). Une équipe de chercheurs travaillant à la Advanced Light Source (ALS) du Lawrence Berkeley National Laboratory du département américain de l'Énergie a observé les structures spectrales maximales de la séparation spin – charge trois ans auparavant.