中子散射与强关联物理

Click to edit the title text format,Click to edit the outline text format,Second Outline Level,Third Outline Level,Fourth Outline Level,Fifth Outline Level,Sixth Outline Level,Seventh Outline Level,Eighth Outline Level,Ninth Outline Level,*,Click to edit the title text format,Click to edit the outline text format,Second Outline Level,Third Outline Level,Fourth Outline Level,Fifth Outline Level,Sixth Outline Level,Seventh Outline Level,Eighth Outline Level,Ninth Outline Level,*,Click to edit the title text format,Click to edit the outline text format,Second Outline Level,Third Outline Level,Fourth Outline Level,Fifth Outline Level,Sixth Outline Level,Seventh Outline Level,Eighth Outline Level,Ninth Outline Level,*,Neutron Scattering and Strongly Correlated Physics,中子散射与强关联物理,1,大纲,什么是强关联物理,中子散射简介,晶体结构,磁长程序结构,有序-无序相变（二级相变），序参数,元激发：声子，磁子,非色散型磁激发谱,非常规超导体研究中的应用,2,强关联物理凝聚态物理的前沿分枝,凝聚态物理的研究对象：固体，液体,大量粒子集合的量子物理,物理学最大的研究领域，,1/3,高科技社会的基础：电脑,CPU,（半导体），手机天线（铁电体），冰箱门（磁铁），等,远非夕阳学科，不少未知领域,强关联物理：最具智力挑战的前沿领域之一,3,凝聚态物理,:,非相对论性量子统计物理,4,经典力学-多体引力问题: 无精确解,5,地球上的经典力学: 惯性参照系,大部分情况, 不用考虑天体运动的影响,地球自转: 气候-大气环流, 洋流,月球运动: 潮汐,慧星落地: 物种灭绝,6,地球运行的经典力学,二体引力问题存在封闭解,地球在太阳的引力场中的运动,月球在地球的引力场中的运动,月球运动对地球轨道的微扰,各行星分别在太阳的引力场中的运动,各行星运动对地球轨道的微扰,王孝群：重整化群方法 （,7,月,13-14,日）,7,自由电子近似,惯性地球,费米气模型（,Sommerfeld,，,1927,）：,Fermi-Dirac Statistics,vs. Maxwell-Boltzmann,conduction in metal,（,1868-1951,）,8,独立电子近似,行星绕日运动,卢仲毅：,LDA,计算 （,7,月,16,日下午）,9,晶格周期性,Bloch Theorem,电子能带理论,金属，绝缘体,半导体,Shockley,Bardeen,Brattain,(1956),Koln,，,Pople,(1998),Felix Bloch (1952 Nobel Prize in Physics),10,LaFeAsO正常态的能带，费米面,闻海虎，张清明：,7,月,15,日,11,元激发相互作用,星际微扰,声子（,phonon,）,核晶格振动的量子,磁子（,magnon,）,磁矩晶格振动的量子,电子,-,波色子散射：电阻，,BCS,超导,电子,-,电子散射：屏蔽效应，,Landau,费米液体理论，,Mott,金属,-,绝缘体相变,，非常规,超导,电子,-,杂质散射：输运，电阻，,Anderson,金属,-,绝缘体相变,电子,-,磁杂质散射：输运，电阻,，,Kondo,效应,12,独立电子近似,行星绕日运动,Hartree,Approximation,13,独立电子近似的毛病：交换反对称,Hartree-Fock,Approximation,14,Hubbard 模型 (1964),15,电子相互作用导致绝缘体,Mott,相变,C. Zener,d=,(1993),16,电子相互作用导致绝缘体,Mott,相变,C. Zener,NiO insulator, Zener 1930s,Mott 1930-1970s,Hubbard 1964,Brinkman & Rice 1970,Several groups 1990s-,17,Mott,绝缘体中的反铁磁序,: J=t,2,/U,P.W. Anderson 1950s,18,对费米液体的微扰,星际微扰,电子,-,杂质散射：输运，电阻，,Anderson,金属,-,绝缘体相变,(1977),电子,-,磁杂质散射：输运，,Kondo,效应,(1982),电子,-,波色子散射：电阻，,BCS,超导,(1913,，,1972),电子,-,电子散射：屏蔽效应，,Landau,费米液体理论，,Mott,金属,-,绝缘体相变,(1977),，,非常规超导,费米液体相并非总是稳定的基态：,存在其它相,19,超越微扰论新的物质相：费米子系统,超导电性,Onnes,1911,(1913),；,Bardeen-Cooper-Schrieffer,理论,1957,(1972),;,Abrikosov, Ginzburg 1950s,(2003),3,He,超流,Lee, Richardson & Osheroff 1971,(1996),；,Leggett,1972,(2003),量子霍尔效应,Klitzing,1980,(1985),分数量子霍尔效应,Strmer & Tsui,1982;,Laughlin,1983,(1998),20,费米子物态（续）,Kondo,效应,1964,:,K.G. Wilson,(1982),Kondo,晶格,-,重费米子现象，及其超导态,1979,高温铜氧化物超导体,Mller & Bednorz 1986,(1987),Anderson,绝缘体，,Mott,绝缘体,（,1977,）,21,磁及其它相变,铁磁,Pierre,Curie,（,1903,）,气,-,液,相变,van der Waals,(1910),反,铁磁，亚铁磁,Nel,（,1970,）,自旋玻璃相变,1970s,液晶，高分子,相变,de Gennes,(1991),4,He,超流,Kapitsa,1937,(1978),；,Landou,理论,(1962),冷原子气体的,Bose-Einstein,凝聚,Cornell & Wieman 1995,(2001),22,量子微观世界真得存在吗？,电子真按,Bloch,波函数构成能带吗？,真有声子，磁子吗？,反铁磁序真能存在吗？（,Landau,的疑问,）,晶体里的原子真是规则排列的吗？,23,眼见为实：现代科学400年,24,晶体结构：x-ray,Laue (1914 Nobel Physics),Bragg (1915 Nobel Physics),1912,1914,25,中子能衍射吗？,波,-,粒二相性,1927,电子衍射,G.P. Thomson (UK),Davisson,-Germer,(US),(1937 Nobel Physics),26,中子衍射有什么优势？,X-ray,衍射强度,Z,2,中子衍射强度无规,27,轻原子在晶格中的位子,28,高温铜氧化物超导体中氧的位置,29,中子衍射有什么优势？,同一元素的不同 同位素，散射强度不同,30,31,32,Ferrimagnetic order of 磁石,Louis Nel (1970 Nobel Physics),33,Shull,，,1994,Nobel,Prize,in,Physics,34,Nel,只预见到,collinear,磁序,中子衍射发现众多更复杂的,noncollinear,磁序,35,36,Magnetic structures: 11 vs 1111 or 122,37,量子微观世界真得存在吗？,电子真按,Bloch,波函数构成能带吗？,真有声子，磁子吗？,反铁磁序真能存在吗？（,Landau,的疑问,）,晶体里的原子真是规则排列的吗？,38,非弹性中子散射之父,Brockhouse,1994,Nobel Physics Prize,39,三轴谱仪,40,晶体中的元激发谱声子,41,Ge: phonon,42,晶体中的元激发谱磁子,43,大纲,什么是强关联物理,中子散射简介,晶体结构,磁长程序结构,有序,-,无序相变（二级相变），序参数,元激发：声子，磁子,非色散型磁激发谱,非常规超导体研究中的应用,44,磁相变的序参数：,45,序参数,液,-,气临界点：,n,磁相变：,M,超导，超流：,(x),(n,s,=|,|,2,),自旋玻璃,: ,维张量,Mott,绝缘体：？,序参数,46,磁激发谱,局域,(localized),磁系统,:,magnon (spin-wave),47,磁激发谱,巡游,itinerant,系统：,continuum,连续谱,48,磁激发谱,量子,S=1/2,链系统：,RVB,基态,continuum,连续谱,李涛：,7,月,14,日下午,49,费米子物态（续）,Kondo,效应,1964,:,K.G. Wilson,(1982),Kondo,晶格,-,重费米子现象，及其超导态,1979,高温铜氧化物超导体,Mller & Bednorz 1986,(1987),Anderson,绝缘体，,Mott,绝缘体,（,1977,）,50,高温铜氧化物超导体,（二维）Mott 相变 ？,二维量子磁学：RVB？,51,Magnetic resonant excitations and superconducting symmetry,52,Tunneling junction less decisive,53,First nodeless-gap claim,54,ARPES: |,(,q,)|,55,ARPES: |,(,q,)|,56,arXiv:0804.1793,57,arXiv:0807.3932,58,arXiv:0811.4755,59,High-quality single crystals from Mao et al.,T. Liu et al., arXiv:0904.0824,60,arXiv:0905.3559,61,62,Summary of excitations,2-dimensional resonance at 6.5meV and,Q,=(,0), not,Q= (,),Finite width: 1.25 meV, 6 Fe-Fe sp.,Higher E part also sharp in Q,/2kBT = 5.3 cuprates,/2kBT = 4.3-4.5 Ba-122,/2kBT =2-4 heavy fermion SC,63,64,65,Magnetic neutron scattering in a nutshell,Dynamic magnetic structure factor,S,(,q,w,) = d,r,dt e,i(,q.r,-,w,t),Imaginary generalized magnetic susceptibility,c,”,(,q,w,) =,p,(1,-,e,-,h,w,/k,B,T,),S,(,q,w,),local dynamic magnetic structure factor,S,(,w,) = d,q,S,(,q,w,) = dt e,-i,w,t,dc magnetometer,c(T),=,c,(,0,0,) =,d,w,c,”,(,0,w,)/,w,+ const.,NMR/NQR spin-lattice relaxation rate,T,1,-,1,=,S |,A(,q,)|,2,S,(,q,w0,),_,q,66,67,68,69,70,71,72,73,