دانلود کتاب Quantum Magnetism

ترجمه فارسی توضیحات (ترجمه ماشینی)

مغناطیس کوانتومی

این کتاب بر اساس برخی از سخنرانی‌های مدرسه تابستانی موسسه فیزیک نظری اقیانوس آرام (PITP) در مورد “مغناطیس کوانتومی” است که در ژوئن 2006 در Les Houches در کوه‌های آلپ فرانسه برگزار شد. این مدرسه به طور مشترک توسط ناتو، CNRS، و PITP، و به طور کامل توسط PITP سازماندهی شد.

مغناطیس یک زمینه تحقیقاتی تا حدودی عجیب و غریب است. این به وضوح یک مبنای مکانیکی کوانتومی دارد – برهمکنش های تبادل میکروزوپی کاملاً از اصل طرد، در ارتباط با برهمکنش های دفعی بین الکترون ها ناشی می شود. و با این حال تا همین اواخر اکثریت قریب به اتفاق محققان مغناطیس و استفاده کنندگان پدیده های مغناطیسی در سراسر جهان به این ریشه های مکانیکی کوانتومی توجهی نداشتند. بنابراین، به عنوان مثال، صنعت عظیم (400 میلیارد دلار در سال) که دیسک‌های سخت و سایر قطعات را در بخش فناوری اطلاعات تولید می‌کند، کاملاً به ویژگی‌های دمای اتاق آهنربا بستگی دارد – اما در مقیاس ماکروسکوپی یا مزوسکوپی مورد علاقه این صنعت. ، آهنرباهای دمای اتاق کاملاً کلاسیک رفتار می کنند.

این وضعیت اکنون شروع به تغییر کرده است و ویژگی های جمعی کوانتومی سیستم های مغناطیسی که برای مدت طولانی فقط مورد توجه تعداد کمی بود، شروع به حرکت به مرکز کرده است. . دلایل متعددی برای این امر وجود دارد. یکی استفاده روزافزون از دماهای پایین در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی صنعتی و کاربردی و درک این موضوع است که خواص T پایین بسیاری از مواد مغناطیسی جدید پتانسیل زیادی در دستگاه‌های آینده دارند. یکی دیگر از موارد ظهور علم نانو و نانوتکنولوژی فرعی آن، به عنوان یک رشته مهم جدید است – اکثر کاربردهای فناوری نانو که تاکنون پیش‌بینی شده‌اند، در دمای پایین نیز خواهند بود. همه اینها بدان معناست که پدیده‌های کوانتومی جمعی، که در T پایین در نقاط کوانتومی، مولکول‌های مغناطیسی و هادی‌های نانوسکوپی رخ می‌دهند، ناگهان برای بیش از محققان فیزیک محض جالب توجه شده‌اند. طراحی مواد کوانتومی مغناطیسی جدید، دستگاه‌های کوانتومی مبتنی بر اسپین در هندسه‌های کم‌بعد، و سیستم‌های نانومغناطیسی کوانتومی، با استفاده از تکنیک‌های فیزیکی یا شیمیایی، اکنون به دغدغه بسیاری از فیزیکدانان و شیمی‌دانان کاربردی تبدیل شده است.

<P محصول فرعی جالب توجه این علاقه گسترده تر به پدیده های اسپین کوانتومی جمعی، تمرکز فزاینده توسط فیزیکدانان کاربردی و حتی شرکت های نوپا، بر برخی از ایده های نظری عجیب و غریب تر جاری در مغناطیس کوانتومی بوده است. اینها از شاخه‌های مختلف نظریه میدان کوانتومی (از جمله نظریه میدان توپولوژیکی، نظریه ناهمدوسی و نظریه ریسمان)، محاسبات کوانتومی، و از زمینه‌های قدیمی‌تری مانند نظریه شیشه اسپین و نظریه انتقال فاز کوانتومی – که همگی نسبتاً باطنی هستند – استفاده می‌شوند. . برخی از این ایده‌ها در کیهان‌شناسی یا نظریه ریسمان کاربرد بیشتری نسبت به فیزیک ماده متراکم یافته‌اند – به طوری که استفاده از آنها در طراحی آرایه‌های مدار برای پردازشگرهای اطلاعات کوانتومی یا دستگاه‌های اسپینترونیک ممکن است برای برخی نگران‌کننده به نظر برسد. با این حال، از دیدگاهی دیگر، به سادگی ماهیت یکپارچه اصول و تکنیک‌های مورد استفاده در فیزیک نظری را تأیید می‌کند.

برای مکتب PITP/Les Houches تعدادی از موضوعات مورد علاقه انتخاب شده‌اند، و اینها منعکس‌کننده هستند. منافع یک جامعه گسترده آنها به شرح زیر بودند: (1) مغناطیس در مقیاس میکروسکوپی. (2) نظم عجیب و غریب در آهنرباهای کوانتومی. (3) آهنرباهای مختل. (4) نانومغناطیس کوانتومی. (5) پدیده‌های کوانتومی مقیاس بزرگ در آهن‌رباها.

همه این میدان‌ها به سرعت در حال تکامل هستند – با انتشار این حجم، اکتشافات جدیدی روی گرافن و رفتار عینک‌های اسپین کوانتومی دوقطبی انجام شد. و فیزیکدانان در حال هضم کشف تراکم بوز-انیشتین در دمای اتاق مگنون ها در فیلم های YIG بودند. با این حال، واضح است که پرسش‌ها، مسائل و تکنیک‌ها در این حوزه‌ها برای سال‌های آینده مورد توجه اصلی قرار خواهند گرفت.

Quantum Magnetism

This book is based on some of the lectures during the Pacific Institute of Theoretical Physics (PITP) summer school on “Quantum Magnetism”, held during June 2006 in Les Houches, in the French Alps. The school was funded jointly by NATO, the CNRS, and PITP, and entirely organized by PITP.

Magnetism is a somewhat peculiar research field. It clearly has a quantum-mechanical basis – the microsopic exchange interactions arise entirely from the exclusion principle, in conjunction with respulsive interactions between electrons. And yet until recently the vast majority of magnetism researchers and users of magnetic phenomena around the world paid no attention to these quantum-mechanical roots. Thus, eg., the huge ($400 billion per annum) industry which manufactures hard discs, and other components in the information technology sector, depends entirely on room-temperature properties of magnets – yet at the macroscopic or mesoscopic scales of interest to this industry, room-temperature magnets behave entirely classically.

This situation has now begun to change, and the quantum collective properties of magnetic systems, for so long of interest only to a few, have begun to move to centre stage. There are several reasons for this. One is the increasing use of low temperatures in industrial and applied research labs, and the recognition that the low-T properties of many new magnetic materials are of great potential use in future devices. Another is the emergence of nanoscience, and its offshoot nanotechnology, as an important new discipline – the majority of high-tech applications of nanotechnology so far envisaged will also be low-temperature ones. All this has meant that collective quantum phenomena, occurring at low T in quantum dots, magnetic molecules, and nanoscopic conductors, have suddenly become interesting to more than just pure physics researchers. The design of new magnetic quantum materials, of spin-based quantum devices in low-dimensional geometries, and quantum nanomagnetic systems, using either physical or chemical techniques, has now become the concern of many applied physicists and chemists.

An interesting by-product of this broader interest in collective quantum spin phenomena has been the increasing focus, by applied physicists and even start-up companies, on some of the more exotic theoretical ideas current in quantum magnetism. These draw upon various branches of quantum field theory (including topological field theory, the theory of decoherence, and string theory), quantum computation, and upon older fields like spin glass theory and the theory of quantum phase transitions – all of which are fairly esoteric. Some of these ideas have found more application in cosmology or string theory than in condensed matter physics – so that their use in designing circuit arrays for quantum information processors, or spintronic devices, may seem disconcerting to some. Yet from another point of view it simply confirms the broadly unified nature of the principles and techniques used in theoretical physics.

For the PITP/Les Houches school a number of topics of prime interest were selected, and these reflect the interests of a broad community. They were as follows: (1) Magnetism at the Microscopic Scale. (2) Exotic Order in Quantum Magnets. (3) Disordered Magnets. (4) Quantum Nanomagnetism. (5) Large-Scale Quantum Phenomena in Magnets.

All of these fields are evolving rapidly – as this volume was going to press, new discoveries were being made on graphene and on the behaviour of dipolar quantum spin glasses, and physicists were digesting the discovery of room-temperature Bose-Einstein condensation of magnons in YIG films. However it is clear that the questions, issues, and techniques in these areas will be of central interest for many years to come.