经验证的长期量子物理预测：贝特弦的实验观察

时间：2022-04-09 10:25:07 来源：

在基态下，磁矩为向上或向下，反平行于外部磁场的自旋（红色）永远不会在一起（右）。通过激发，进一步的自旋可反平行排列，并形成Bethe链（白色自旋，左）。

90年前，物理学家汉斯·贝特（Hans Bethe）提出，某些磁性固体中会出现所谓的贝特（Bethe）弦线异常图案。现在，一个国际团队首次成功地通过实验检测了此类Bethe琴弦。他们在各种中子设施中进行了中子散射实验，包括HZB的BER II *独特的高场磁体。实验数据与Bethe的理论预测非常吻合，再次证明了量子物理学的力量。

晶体中原子的规则排列允许复杂的相互作用，从而导致新的物质状态。一些晶体仅在一个维度上具有磁性相互作用，即它们在磁性上是一维的。另外，如果连续的磁矩指向相反的方向，那么我们正在处理一维反铁磁体。汉斯·贝特（Hans Bethe）于1931年在理论上首次描述了该系统，它还预测了指向一个方向的两个或多个连续力矩的弦的激励，即所谓的贝特（Bethe）弦。

一维模型系统观察Bethe弦

但是，这些字符串状态在正常实验条件下无法观察到，因为它们不稳定且被系统的其他功能所遮盖。本文使用的技巧是通过施加磁场来隔离弦。

现在，围绕HZB物理学家贝拉·莱克（Bella Lake）和她的同事安纳普·贝拉（Anup Bera）的国际合作首次能够通过实验以真实的固体形式识别和表征Bethe琴弦。该团队制造了SrCo2V2O8晶体，这是一维反铁磁模型系统。只有钴原子具有磁矩，它们都沿一个方向排列，相邻的磁矩彼此抵消。

在BER II：外部磁场高达25,9 Tesla

在柏林中子源BER II，可以在高达25.9特斯拉的极高磁场下用中子研究样品。从数据中，物理学家获得了作为磁场函数的样品的相图，以及有关内部磁模式的更多信息，这些信息可以与由建大领导的理论小组量化的Bethe想法进行比较。吴。

与理论完美契合

贝拉·莱克教授说：“实验数据与理论非常吻合。”“我们能够清楚地识别出Bethe弦的两个甚至三个链，并确定它们的能量依赖性。这些结果再次向我们展示了量子物理学的出色表现。”

参考：Anup Kumar Bera，吴建达，王阳，Robert Bewley，Martin Boehm，徐建辉，Maciej Bartkowiak，Oleksandr Prokhnenko，Bastian Klemke，ATM Nazmul伊斯兰教，Joseph Mathew Law，Zhe Wang和Bella的“多体Bethe弦的分散”湖泊，2020年4月6日，自然物理学.DOI：
10.1038 / s41567-020-0835-7

*经过46年成功的中子研究，柏林研究堆BER II的运行于2019年12月11日结束。BER II将在未来几年内拆除。

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