Khung công tác mới giải tỏa sự nhầm lẫn về tương tác spin-quỹ đạo trong chất rắn và thống nhất vật lý

Các nhà vật lý đã phát triển một khuôn khổ lý thuyết mới giải quyết những khó khăn lâu nay trong việc mô hình hóa tương tác spin-quỹ đạo trong các chất rắn, một hiện tượng mà trong đó spin và chuyển động của electron liên kết chặt chẽ với nhau. Các công cụ cơ học lượng tử truyền thống, đặc biệt là toán tử mô men động lượng quỹ đạo, không thể mô tả chính xác hành vi của electron trong các chất rắn tinh thể do thiếu đối xứng quay đầy đủ trong mạng tinh thể nguyên tử. Phương pháp mới, gọi là tương tác spin-mạng tương đối tính, vượt qua những vấn đề này bằng cách tập trung vào cách spin của electron tương tác với cấu trúc nguyên tử của chất rắn dựa trên các nguyên lý của thuyết tương đối. Phương pháp này phù hợp với các mô tả chuẩn về electron trong tinh thể và tôn trọng sự sắp xếp nguyên tử tuần hoàn, khắc phục những hạn chế của các mô hình trước đây. Các nhà nghiên cứu đã xác thực khuôn khổ của họ trên các vật liệu có chiều kích khác nhau—một bán dẫn 3D (galli arsenide), một chất cách điện 2D (boron nitride lục giác), và một chất dẫn 1D (chuỗi nguyên tử)—cho thấy độ chính xác được cải thiện trong dự đoán hành vi spin và tái hiện các hiện tượng then chốt như hiệu ứng Edelstein và hiệu ứng spin Hall.