賀本院張慶瑞教授與國際研究團隊《自旋電子學中的Yang-Mills理論》研究發表國際頂尖期刊《物理學報》

國立台灣大學張慶瑞教授及訪問學者陳繩義(已加入中國文化大學),與其博士生陳松賢(已加入台北大學),黃則鈞暨新加坡國立大學,皇家墨爾本理工學院和東京理工學院合作撰寫了一篇有關自旋電子學中Yang-Mills理論的物理學。這篇文章最近發表於國際頂尖期刊《物理學報》(Physics Reports) (2020年10月)。

此期刊一直是物理界影響因子最高的雜誌之一,過去5年的影響係數平均值為24.659,遠比《Nature Physics》的5年影響係數平均值 (21.797) 還高出不少。尤值一提的是,在《物理學報》發表文章,以台灣作者群為主體,甚至為通訊作者本已是鳳毛麟角,若是以凝聚態相關主題,本文更可說是該刊自1971創刊迄今,台灣的第一篇文章發表。本論文已可在期刊網頁下載。(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037015732030257X)。

Yang-Mills理論是標準模型的基礎,傳統上是高能和數學物理學家非常感興趣的領域。在1990年代後,Yang-Mills所啟發的物理學領域已擴展到自旋電子學(spintronics),現在半導體或拓撲材料等具有強自旋軌道耦合的材料中的結構中更容易觀測到,對現代工業產生極大影響。

本文由規範理論出發,來探討Yang-Mills理論在自旋電子學的應用。例如自旋霍爾和自旋力矩的現象,可以利用Yang-Mills的理論更清楚理解自旋軌道相關現象的問題。但是在大多數以前的工作中缺少了對Yang-Mills理論和個體現象之間的明確解釋。本文中提出的嶄新的觀點是從力和相位物理學的角度進行的討論。同時結合自旋霍爾,自旋抖動運動,量子自旋霍爾和自旋力矩來研究自旋電子學的規範物理。同時在自旋干涉和自旋螺旋的背景下討論了自旋相位物理學。奇妙的是,這些複雜的自旋電子學現象竟然可以透過簡單的力和相物理學在Yang-Mills的理論背景下來清楚解釋。 本文將規範理論方法與自旋和磁現象作出良好而直接聯繫,對凝聚態學家特別是奈米科學領域的科學家來說非常有用,無論自旋電子學,拓撲系統,二維石墨烯和矽烯的研究都可以利用本理論而有更清楚物理與應用圖象。另一方面,本文也對試圖進入凝聚態科學和奈米科學世界,而往往不知如何著手的高能理論家提供了一個友善的切入方向。

霍耳效應的幾種形式:電荷霍耳效應是因為外加磁場導致,自旋霍耳效應是因為楊米曲率的自旋縱向力,而反常霍耳效應則是由於內在磁化產生。

最後修改日期:2020 年 10 月 13 日