क्वांटम दोलन

Condensed matter experiments
ARPES
ACAR
Neutron scattering
X-ray spectroscopy
Quantum oscillations
Scanning tunneling microscopy

संघनित पदार्थ भौतिकी में, क्वांटम दोलन प्रबल चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में धातु की फर्मी सतह को मैप करने के लिए उपयोग की जाने वाली संबंधित प्रयोगात्मक तकनीकों की एक श्रृंखला का वर्णन करता है। ये तकनीकें चुंबकीय क्षेत्र में चलने वाले फर्मिअन्स के लैंडौ परिमाणीकरण के सिद्धांत पर आधारित हैं। प्रबल चुंबकीय क्षेत्र में मुक्त फर्मिअन्स की गैस के लिए, ऊर्जा स्तरों को बैंडों में परिमाणित किया जाता है, जिसे लैंडौ स्तर कहा जाता है, जिसका पृथक्करण चुंबकीय क्षेत्र की प्रबलता के समानुपाती होता है। क्वांटम दोलन प्रयोग में, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र भिन्न होता है, जिसके कारण लैंडौ स्तर फर्मी सतह के ऊपर से गुजरते हैं, जिसके परिणामस्वरूप फर्मी स्तर पर अवस्थाओं के इलेक्ट्रॉनिक घनत्व में दोलन होते हैं यह कई भौतिक गुणों में दोलन उत्पन्न करता है जो इस पर निर्भर करता हैं, जिसमें प्रतिरोध (शुबनिकोव-डी हास प्रभाव), हॉल प्रतिरोध और चुंबकीय संवेदनशीलता (डी हास-वैन अल्फेन प्रभाव) सम्मिलित हैं। किसी पदार्थ में क्वांटम दोलनों का अवलोकन फर्मी तरल व्यवहार का प्रभाग माना जाता है।

क्वांटम दोलनों का उपयोग उच्च तापमान अतिचालक पदार्थों जैसे कि क्यूप्रेट और निक्टाइड्स का अध्ययन करने के लिए किया गया है। इन प्रयोगों का उपयोग करने वाले अध्ययनों से पता चला है कि न्यून अपमिश्रित क्यूप्रेट की निम्नतम अवस्था फर्मी तरल के समान व्यवहार करती है, और लैंडौ अर्ध कणों जैसी विशेषताओं को प्रदर्शित करती है।

2021 में इस तकनीक का उपयोग "इलेक्ट्रॉन-फोनन तरल पदार्थ" नामक एक अनुमानित अवस्था का निरीक्षण करने के लिए किया गया है, एक समान कण-अर्ध कण अवस्था जिसे पहले से ही जाना जाता है, ऐक्साइटॉन-पोलरिटोन तरल पदार्थ है।

प्रयोग

जब एक चुंबकीय क्षेत्र को मुक्त आवेशित फर्मीअन्स की प्रणाली पर लागू किया जाता है, तो उनकी ऊर्जा अवस्थाओं को तथाकथित लैंडौ स्तरों में परिमाणित किया जाता है, जो निम्न द्वारा दिया जाता है

उच्च चुंबकीय क्षेत्र के तहत वाईबीसीओ (YBCO) अतिचालक। जैसे-जैसे क्षेत्र की प्रबलता बढ़ती है, अतिचालकता दब जाती है और लैंडौ दोलनों को देखे जा सकते हैं

$\varepsilon _{l}={\frac {eB}{m^{*}}}\left(\ell +{\frac {1}{2}}\right)$

पूर्णांक मान $\ell$ के लिए, जहां $B$ बाहरी चुंबकीय क्षेत्र है और $e,m^{*}$ क्रमशः फ़र्मियन आवेश और प्रभावी द्रव्यमान हैं।

जब बाहरी चुंबकीय क्षेत्र $B$ को पृथक प्रणाली में बढ़ाया जाता है, तो लैंडौ का स्तर विस्तृत करता है, और अंततः फर्मी सतह "अलग हो" जाती है। यह उच्चतम अधिकृत स्तर की देखी गई ऊर्जा में दोलनों की ओर जाता है, और इसलिए कई भौतिक गुणों (हॉल चालकता, प्रतिरोधकता और संवेदनशीलता सहित) में होता है। इन दोलनों की आवधिकता को मापा जा सकता है, और बदले में फर्मी सतह के अनुप्रस्थ काट क्षेत्र को निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। यदि चुंबकीय क्षेत्र की धुरी स्थिर परिमाण पर भिन्न होती है, तो समान दोलन देखे जाते हैं। दोलन तब होते हैं जब लैंडौ कक्षाएँ फर्मी सतह को स्पर्श करती हैं। इस प्रकार, फर्मी क्षेत्र की पूरी ज्यामिति का मानचित्रण किया जा सकता है।

न्यून अपमिश्रित क्यूप्रेट

एआरपीईएस (ARPES) जैसे जाँच के माध्यम से YBa₂Cu₃O_6+x जैसे न्यून अपमिश्रित क्यूप्रेट यौगिकों के अध्ययन ने संकेत दिया है कि ये चरण गैर-फर्मी तरल पदार्थों की विशेषताओं को दिखाते हैं, और विशेष रूप से अच्छी तरह से परिभाषित लैंडौ अर्ध कणों की अनुपस्थिति को दर्शाते हैं। हालांकि, इन पदार्थों में कम तापमान पर क्वांटम दोलन देखे गए हैं, अगर उनकी अतिचालकता पर्याप्त रूप से उच्च चुंबकीय क्षेत्र द्वारा दबा दी जाती है, जो कि फर्मियोनिक आंकड़ों के साथ अच्छी तरह से परिभाषित अर्ध कणों की उपस्थिति का प्रमाण है। इस प्रकार ये प्रायोगिक परिणाम एआरपीईएस (ARPES) और अन्य जांचों से असहमत हैं।

यह भी देखें

• डी हास-वैन अल्फेन प्रभाव
• शुबनिकोव-डी हास प्रभाव
• लैंडौ स्तर