Разделение спина и заряда

Разделение заряда можно наблюдать при разнесении обкладок конденсаторов

Разделение спина и заряда (англ. Spin-charge separation) — явление, наблюдаемое в квазиодномерных системах, в частности в углеродных нанотрубках. Суть этого явления в том, что из-за большого (по сравнению с их кинетической энергией) взаимодействия между электронами в подобных системах, удобными квазичастицами оказываются не электроны (имеющие спин 1/2 и подчиняющиеся статистике Ферми — Дирака), как в металлах, а своеобразные квазичастицы со спином 0 и 1 холоны и спиноны, подчиняющиеся статистике Бозе — Эйнштейна. Холон переносит только заряд и не переносит спин, в то время как спинон переносит только спин, и не переносит заряд.

Достаточно наглядно можно пояснить ситуацию в одном из предельных случаев. Допустим, взаимодействие между электронами настолько сильно, что они сконденсировались в вигнеровский кристалл. В таком случае, в вигнеровском кристалле, как и в любом другом кристалле, могут существовать фононы, коллективные колебания электронов в узлах решётки. Эти колебания будут сопровождаться переносом заряда. Это и есть холоны. С другой стороны, электроны в цепочке обладают спином, между ними существует некоторое спин-спиновое взаимодействие. Если мы перевернём один из спинов, по цепочке побежит спиновое возмущение, совершенно не сопровождающееся переносом заряда. Это и есть спинон.

Кроме спинонов и холонов, обнаружены орбитоны — квазичастицы, определяющие орбитальное положение электрона^[1].

Также возникновение спинонов обнаружено в других диэлектриках при поглощении электромагнитных волн^[1].

Примечания

1. Алексей Понятов В диэлектрике нашли квазичастицу, предсказанную 45 лет назад Архивная копия от 12 октября 2018 на Wayback Machine // Наука и жизнь 02.09.2018 г

Литература

• A.O. Gogolin, A.A. Nersesyan, A.M. Tsvelik Bosonization and Strongly Correlated Systems (Cambridge University Press, 1998)
• Y. Jompol, C.J.B. Ford, et al. Probing Spin-Charge Separation in a Tomonaga-Luttinger Liquid Science 31 July 2009: Vol. 325. no. 5940, pp. 597—601
• Физики разделили электроны на две квазичастицы, «Компьюлента», 31 июля 2009 года.

См. также

• Бозонизация
• Магноны (до некоторой степени аналог спинонов)
• Модель Хаббарда (модель, точно решаемая методом анзаца Бете, в которой появляется разделение спина и заряда)