Publikacja, której współautorami są dr hab. inż. Jacek Herbrych, prof. uczelni i prof. Marcin Mierzejewski z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki, znalazła się w gronie 25 najczęściej pobieranych artykułów 2023 r. z dziedziny fizyki wg Nature Communications.

Praca „Transition to the Haldane phase driven by electron-electron correlations” („Przejście do fazy Haldane'a wywołane korelacjami między elektronami”) jest wynikiem dyskusji pomiędzy Agnieszką Jażdżewską, studentką Wydziału Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Wrocławskiego, prof. Elbio Dagotto (Uniwersytet w Tennessee), naukowcami z PWr oraz dr. Maksymilianem Środą (Uniwersytet we Fryburgu), który był doktorantem u prof. Jacka Herbrycha na Wydziale Podstawowych Problemów Techniki.

Publikacja ukazała się w prestiżowym czasopiśmie Nature Communications i dotyczy jednego z najbardziej znanych układów kwantowych o właściwościach topologicznych. Mianowicie jednowymiarowego łańcucha oddziałujących antyferromagnetycznie spinów o długości S=1 posiadającego stany brzegowe, które (teoretycznie) mogą być wykorzystane do obliczeń na przyszłych komputerach kwantowych.

Fazy topologiczne materii należą do najbardziej fascynujących kierunków badań w fizyce materii skondensowanej. – W ostatnich latach zaobserwowano znaczący wysiłek teoretyczny i eksperymentalny na przecięciu teorii pasmowej i topologii algebraicznej, prowadzący do wielu fascynujących odkryć – wyjaśnia prof. Jacek Herbrych. – Jednakże w tym kontekście dokładna rola oddziaływań między elektronami jest nadal przedmiotem wielu debat.

Na przykład w związkach chemicznych, które posiadają topologiczną fazę Haldane'a, oddziaływania są kluczowe nie tylko do utworzenia stanów brzegowych o zerowej energii, ale także do stabilizacji samych momentów magnetycznych. Ujawnia to istotny problem: współistnienie topologii i oddziaływań kwantowych.

– W naszej pracy zbadaliśmy topologiczną fazę Haldane'a z bardzo ogólnego punktu widzenia silnie skorelowanych elektronów – opowiada prof. Marcin Mierzejewski. – Udało nam się pokazać, że w dwupasmowym modelu Hubbarda istnieje przejście topologiczne przy krytycznej sile oddziaływania między elektronami.

Naukowcy udowodnili, że faza Haldane'a może być stabilna dla nieoczekiwanie małych wartości oddziaływania, tj. w reżimie, w którym momenty magnetyczne nie są rozwinięte. Tym samym uogólnili pomysły noblisty Duncana Haldane’a, dotyczące jego słynnego modelu Heisenberga o spinie S=1, na wcześniej niezbadane terytorium związane z elektronami.

Jażdżewska A., Mierzejewski M., Środa M., Nocera A., Alvare G., Dagotto E., Herbrych J. Transition to the Haldane phase driven by electron-electron correlations. Nat. Commun. 14, 8524 (2023).