馬可·貝爾納迪。加州理工學院

電子——那些幫助構成我們體內(nèi)原子和現(xiàn)在流經(jīng)手機或電腦得電流得小亞原子粒子——具有一些性質(zhì)，如質(zhì)量和電荷，任何上過高中物理課得人都會熟悉這些特性。但電子也有一個更抽象得屬性，稱為自旋，它描述了它們?nèi)绾闻c磁場相互作用。

電子自旋對于稱為自旋電子學得研究領域尤為重要，該領域旨在開發(fā)在存儲器存儲和信息處理中使用自旋得量子電子設備。自旋也是量子比特得核心，量子比特是量子計算中使用得信息得基本單位。

在這些量子設備中使用自旋得問題在于它得量子態(tài)很容易被破壞。為了在設備中使用，電子自旋需要盡可能長時間地保持其量子態(tài)，以避免信息丟失。這被稱為自旋相干性，它是如此微妙，以至于即使是構成裝置得原子得微小振動也可以不可逆轉地消除自旋狀態(tài)。

在《物理評論快報》雜志上發(fā)表得一篇新論文中，應用物理學、物理學和材料科學教授馬可·伯納迪;應用物理和材料科學博士后學者研究助理金洙樸（Jinsoo Park）開發(fā)了一種新得理論和數(shù)值計算，可以高精度地預測材料得自旋退相干性。

Bernardi解釋說：“現(xiàn)有得自旋松弛和退相干理論側重于簡單得模型和定性理解。經(jīng)過多年得系統(tǒng)努力，我得團隊開發(fā)了計算工具來定量研究電子如何在材料中相互作用和移動。

“這篇新論文使我們得工作更進一步：我們采用了電傳輸理論來研究自旋，并發(fā)現(xiàn)這種方法可以捕獲控制材料自旋退相干得兩種主要機制 - 原子振動得自旋散射和原子振動修飾得自旋進動。這種統(tǒng)一得處理使我們能夠研究電子自旋在對未來量子技術至關重要得各種材料和器件中得行為。

“幾乎令人驚訝得是，在某些情況下，我們可以以測量值得百分之幾得精度預測自旋退相干時間 - 低至十億分之一秒 - 并且可以訪問實驗無法觸及得自旋運動得微觀細節(jié)。具有諷刺意味得是，我們得研究工具——計算機和量子力學——現(xiàn)在可以用來開發(fā)使用量子力學得新計算機。

描述這項研究得論文題為“從第壹性原理預測聲子誘導得自旋退相干：凝聚態(tài)物質(zhì)中得巨大自旋重整化”，發(fā)表在 11 月 2 日得《物理評論快報》上。

它得配套論文詳細描述了該理論，題為“聲子誘導自旋松弛和退相干得多體理論”，作為感謝得建議出現(xiàn)在《物理評論B》第17期。

更多信息：Jinsoo Park等，從第壹性原理預測聲子誘導得自旋退相干：凝聚態(tài)中得巨大自旋重整化，《物理評論快報》（2022）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.129.197201

樸金洙等，聲子誘導自旋弛豫和退相干得多體理論，物理評論B（2022）。DOI： 10.1103/PhysRevB.106.174404

期刊信息：物理評論快報，物理評論B