spinonilmiöitä

Spinonilmiöt ovat kvanttisissa, voimakkaasti korreloituneissa spinijärjestelmissä ilmeneviä quasipartikkeleita, jotka kantavat spinin S = 1/2 mutta eivät ole sähkövaraukseltaan. Spinonit ovat eräänlainen fraktionalisaatio: magnonin kaltaisesta kokonaisuudesta voi syntyä pienempiä spinikohtaisia osia. Niitä esiintyy erityisesti yhden ulottuvuuden spinijonoissa sekä kvanttisesti nestemäisissä spinijärjestelmissä, joissa pitkän aikavälin magneettinen order ei muodostu.

1D Heisenbergin antiferromagneettisessa jonoissa spinonit käyttäytyvät kuin domaininvaihdinten kaltaiset epätyypilliset ekstaatiot: yksittäistä magnonia ei ole, vaan ekstaatiot muodostuvat kahdesta S=1/2 spinista. Bethe-ansatzin kautta ratkaistu 1D jono tuottaa kaksispinoninen continua; tällainen spektri on havaittu inelastisessa neutronisäteilyssä materiaaleissa kuten KCuF3 ja SrCuO2.

Monimutkaisemmissa systeemeissä spinonit voivat olla dekonfinoituneita kvanttivissa nestemäisissä spinijärjestelmissä, joissa ne elävät yhdessä emergentin gauge-kentän kanssa. Tämä fraktionaalinen ilmiö on keskeinen osa spinliquidity-tilaa ja RVB-hypoteesia. Todellisia esimerkkejä materiaaleista ovat kagomelatticein Herbertsmithite sekä Kitaevin malliin liittyvät järjestelmät; käytännössä α-RuCl3 on erityisesti tutkittu, koska se osoittaa Kitaev-tyyppisiä ominaisuuksia ja on lähellä spinliquiditytilaa.

Tutkimuksessa spinonien ilmiöitä havainnoidaan ensisijaisesti inelastisella neutronisäteilyllä, joka paljastaa laajan spintensiteettipainotteisen continuaalisen spektrin eikä yksittäistä magnonia. Muita signaaleja tuottavat terminen kuljetus ja spesifinen lämpökapasiteetti spinliquideissä, sekä kokeelliset todisteet, jotka tukevat fraktionaalista eksitaatiota tietyillä materiaaleilla.