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评电子可分裂为自旋子和轨道子

已有 3773 次阅读 2012-4-28 10:50 |个人分类:物理学哲学量子信息哲学|系统分类:观点评述|关键词:电子,轨道子,,自旋子,,可分性,,物质| 电子, 物质, 轨道子, 自旋子, 可分性

吴国林
   

最近,一个由瑞士谢尔研究所和德国德累斯顿固体和材料研究所物理学家领导的国际研究小组通过实验发现:一个电子分裂成两个独立的准粒子:自旋子(spinon)和轨道子(orbiton电子在一定条件下被分裂为自旋子和轨道子,具有非常重要的物理意义与哲学意义。在哲学上,这是对物质无限可分思想的支持。但是,这里要注意的是,电子分裂的是两个独立的准粒子,即它只能在一定的物理环境中才成立。这不是构成式的,而是生成式的。比如原子核由质子与中子构成。而电子并不是由自旋子与轨道子构成。因此,电子分裂为自旋子与轨道子,并不能说电子就是由它们构成的,而是从物理效应来说的。这也说明,理解物质的无限可分的“分”,其意义是在不断变化的,“分”可以组分的“分”,功能等的“分”。

参见我的论文:吴国林:《物质可分性新探讨》,《自然辩证法研究》,1994;(8):61-65

 

相关论文:

 

http://news.sciencenet.cn/htmlpaper/201242010521823923852.shtm

据物理学家组织网、《自然》网站等媒体418日报道,最近,一个由瑞士保罗·谢尔研究所实验物理学家和德国德累斯顿固体和材料研究所理论物理学家领导的国际研究小组通过实验发现,一个电子分裂成两个独立的准粒子:自旋子(spinon)和轨道子(orbiton。这一结果发表在近日的《自然》杂志上。

    以往人们认为电子是一种基本粒子,无法分裂为更小部分。上世纪80年代,物理学家预言,电子以原子的一维链形式存在,可以分裂成3个准粒子:空穴子携带电子电荷,自旋子携带旋转属性(一种与磁性有关的内在量子性质),轨道子携带轨道位。1996年,物理学家将电子空穴和自旋子分开,自旋和轨道这两种性质伴随着每一个电子。

    然而,新实验观察到这两种性质分开了——电子衰变为两个不同部分,各自携带电子的部分属性:一个是自旋子,具有电子的旋转属性;另一个是轨道子,具有电子绕核运动的属性,但这些新粒子都无法离开它们的物质材料

    研究人员用瑞士光源(Swiss Light Source)的X射线对一种叫做Sr2CuO3的锶铜氧化物进行照射,让其中铜原子的电子跃迁到高能轨道,相应电子绕核运动的速度也就越高。他们发现,电子被X射线激发后分裂为两部分:一个是轨道子,产生轨道能量;另一个是自旋子,携带电子的自旋性及其他性质。Sr2CuO3有着特殊性质,材料中的粒子会被限制只能以一个方向运动,向前或向后。通过比较X射线照射材料前后的能量与动量的变换,可以追踪分析新生粒子的性质。

 

实验小组领导托斯登·施密特说:“这些实验不仅需要很强的X射线,把能量收缩在极狭窄范围,才能对铜原子的电子产生影响,还要有极高精度的X射线探测仪。”

 

“这是首次观察到电子分成了独立的自旋子和轨道子。现在我们知道了怎样找到它们。下一步是同时产生出空穴子、自旋子和轨道子来。”理论小组领导杰罗恩·范德·布林克说,“在材料中,这些准粒子能以不同的速度、完全不同的方向运动。这是因为它们被限制在材料中时,性质就像波。当被激发时,波分裂为多个,每个携带电子的不同特征,但它们不能在材料以外独立存在。”

    观察到电子分裂将对一些前沿领域产生重要影响,如高温超导和量子计算机。Sr2CuO3中的电子和铜基超导材料中的电子有着相似的性质,该研究为高温超导研究提供了一条新途径。此外,研究轨道子有助于开发量子计算机。“同时用自旋子和轨道子来编码和操控信息,这可能是未来发展的方向。”英国牛津大学物理学家安德鲁·波斯罗伊德说,“量子计算机的一个主要障碍是量子效应会在完成计算之前被破坏。而轨道子的跃迁速度只要几飞秒(1飞秒=10的负15次方秒),这样的速度为制造现实量子计算机带来了更多机会。”(来源:科技日报 常丽君)

 

 

Spin–orbital separation in the quasi-one-dimensional Mott insulator Sr2CuO3

hen viewed as an elementary particle, the electron has spin and charge. When binding to the atomic nucleus, it also acquires an angular momentum quantum number corresponding to the quantized atomic orbital it occupies. Even if electrons in solids form bands and delocalize from the nuclei, in Mott insulators they retain their three fundamental quantum numbers: spin, charge and orbital1. The hallmark of one-dimensional physics is a breaking up of the elementary electron into its separate degrees of freedom2. The separation of the electron into independent quasi-particles that carry either spin (spinons) or charge (holons) was first observed fifteen years ago3. Here we report observation of the separation of the orbital degree of freedom (orbiton) using resonant inelastic X-ray scattering on the one-dimensional Mott insulator Sr2CuO3. We resolve an orbiton separating itself from spinons and propagating through the lattice as a distinct quasi-particle with a substantial dispersion in energy over momentum, of about 0.2 electronvolts, over nearly one Brillouin zone

者:J. Schlappa,1, 2 K. Wohlfeld,3 K. J. Zhou,1, 9 M. Mourigal,4 M. W. Haverkort,5 V. N. Strocov,1 L. Hozoi,3 C. Monney,1 S. Nishimoto,3 S. Singh,6, 9 A. Revcolevschi,6 J.-S. Caux,7 L. Patthey,1, 8 H. M. Rønnow,4 J. van den Brink3 & T. Schmitt1

 

 

 



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2 鲍得海 李宇斌

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