kvanttifaasien

Kvanttifaasit ovat aineen tiloja, joissa kvanttimekaan vaikutukset määrittelevät makroskoottiset ominaisuudet. Kollektiiviset vuorovaikutukset, kvanttien superpositio ja entanglement toteuttavat tilan erityispiirteet, ja ne korostuvat matalissa lämpötiloissa tai voimakkaissa vuorovaikutuksissa. Näin alusstruktuurit voivat poiketa tavallisista lämpötilaan perustuvista faasimuutoksista.

Perinteisessä Landauin teoriassa faasit määritellään järjestysparametrin ja symmetrian katkeamisen kautta. Jotkin kvanttifaasit kuitenkin eivät tunnu noudattavan tätä kaavaa, vaan niiden keskeiset ominaisuudet ovat topologinen järjestys tai kvantti-informaatioon liittyvät mittarit. Siksi kvanttifaasit voivat ilmetä ilman perinteistä järjestyksen katkeamista tai niihin liittyvät tilat voivat olla topologisesti suojattuja.

Esimerkkejä kvanttifaasien ilmentymisestä ovat superjohtavuus sekä superfluidius, sekä Bose-Einstein-kondensaatiot, ja Mott-insulointi Bose-Hubbard-mallissa. Kvanttihallijärjestelmät tuottavat tiloja, kuten integer ja fractional quantum Hall -tilat, sekä mahdollisesti topologisia tiloja eristemateriaaleissa. Näihin kuuluu myös spiinilajikumppaneiden järjestykset ja spinnesteet, jotka kuvaavat kvanttihiukkasten kollektiivista käyttäytymistä.

Tutkimuksessa käytetään kokeellisesti ultrakylmiä atomeita optisissa lattiassa, kaksidimensionaalisia elektronisia gaaseja sekä moiré-materiaalien, kuten twisted bilayer graphene, ominaisuuksien hallintaa. Näillä alustoilla voidaan muuttaa vuorovaikutusten voimakkuutta tai tiheyttä ja tutkia kvanttifaasien siirtymiä.

Teoreettisesti kvanttifaasien kuvaus rakentuu sekä Landauin symmetria-katkeamisen käsitteestä että topologisista käsitteistä, kuten topologisesta järjestyksestä ja entanglementista. Tutkimus yhdistää condensed matter -fysiikan ja kvanttiohjauksen ideoita ymmärtääkseen materian äärimmäisiä tiloja ja potentiaalisia sovelluksia.