Povzetek
Lev Vidmar se ukvarja s temeljnimi vprašanji v večdelčni kvantni fiziki. Odkril je nov vzorec obnašanja kvantnih sistemov ob prisotnosti močnega nereda, ki je spremenil pogled raziskovalne skupnosti na obstoj snovi, ki ne prevaja električnega toka pri visoki temperaturi. S pomočjo konceptov kvantne dinamike in kaosa, termalizacije in kvantne prepletenosti, je postavil osnove za razumevanje razlik med fazami snovi, kot so prevodniki in idealni izolatorji, ter snovi, ki shranjujejo ali ne shranjujejo kvantno informacijo.
O trenutnih raziskavah
Med leti 2024-2029 v ERC projektu Boundary proučujemo meje kvantnega kaosa. Razumeti želimo nov pojav, imenovan fazni prehod z zlomom ergodičnosti. Ergodičnost je precej tehničen izraz, z drugo besedo bi ga lahko imenovali termalizacija, ki pa je ni težko razumeti, saj se z njo soočamo vse življenje in je povod za to, da ima snov temperaturo. Termalizacija se zgodi, če na vroč poletni dan pozabimo na sladoled in se bo zato začel taliti. Ali pa če kocko ledu vržemo v topel napitek, prav tako se bo začela taliti, torej bosta zmesi kocke ledu in napitka na koncu imeli isto temperaturo. Naša narava je večinoma ergodična, nas pa zanima obraten pojav, torej, da se termalizacija ne zgodi, da ergodičnosti ni in da torej snov nima temperature. V primeru kocke ledu bi to pomenilo, da se ta v vroči kavi ne bi nikoli stalila.
Seveda si tega v našem svetu ni mogoče predstavljati, kocka ledu se bo slej ko prej stalila. Kvantni svet najmanjših delcev, ki ga raziskujemo, pa se »vrti« drugače. Denimo, da imamo v kvantnem svetu neko verigo delcev s spinom, kjer v začetnem vzorcu posamezni spini kažejo bodisi gor bodisi dol. Če bo tudi po določenem času vzorec še vedno bolj ali manj enak, torej če bodo delci imeli enak spin gor ali dol, potem rečemo, da sistem ni ergodičen oziroma da nima temperature.
Kaj pa, če se kocka ledu ne bi nikoli stalila? (Saša Senica, Delo, 7. 12. 2023)
O preteklih dosežkih
Do leta 2019 je bila močno uveljavljena hipoteza, da lahko elektroni v kristalu, ob prisotnosti interakcij in dovolj velikega nereda na kristalni mreži, ostanejo ujeti v okolici posameznih mest kristalne mreže. Če imamo v mislih zgolj en elektron, temu pojavu rečemo lokalizacija, če pa imamo v mislih kolektivno stanje množice elektronov, temu rečemo mnogodelčna lokalizacija. Slednja med drugim napove, da kristal zaradi lokaliziranosti nosilcev naboja ne prevaja električnega toka pri katerikoli temperaturi, in se torej obnaša kot idealni izolator. Naši rezultati v zadnjih letih postavljajo obstoj te lastnosti pod vprašaj. Vse več je indicev, da je obstoj idealnega izolatorja – in s tem mnogodelčne lokalizacije – ponovno odprt raziskovalni problem.
Obstoj idealnega izolatorja si lahko predstavljajte tudi kot snov, ki se obnaša enako pri sobni temperaturi in pri skoraj absolutni ničli. Temu lahko rečemo, da se snov obnaša, kot da nima temperature, kar pomeni, da je snov sposobna shranjevati kvantno informacijo. S sodelavci smo odkrili način, ki nam omogoča odkrivanje takih snovi. Razumevanje temeljnih fizikalnih procesov, ki so odgovorni za te lastnosti, prestavlja temelj za razvoj novih kvantnih tehnologij, vključno z razvojem delovanja kvantnih računalnikov.
Ali obstaja idealni izolator pri sobni temperaturi? (L. Vidmar, Alternator 6, 2022)
