量子物理学：量子ドット・プラケットにおいて観測された長岡強磁性

高度に制御可能な人工量子系は、古典的コンピューターのシミュレーション能力を超える、創発的物理の有望なシミュレーターとなる。遍歴磁性は、多体物理学における重要問題の1つで、自由電子の長距離相互作用のみに起因し、現実の系での存在が数十年前から議論されてきた。今回我々は、4電子サイトの正方形プラケット型量子ドットからなる量子シミュレーターを用いて、長岡強磁性を実証する。この形態の遍歴磁性は、理論面では厳密に研究されてきたが、実験では実現できていなかった。我々は、このプラケットに3つの電子を入れ、対ごとのスピン測定を通して、予測されていた自発的な強磁性相関の出現を実証した。強磁性基底状態は、サイト上のポテンシャルにおける人工的な乱れに対して非常にロバストであることが見いだされ、プラケットのトポロジーを開路に変えることによって低スピン状態への転移を誘起できた。今回の長岡強磁性の実証は、量子シミュレーターを用いると、いかなる実験系においてもまだ観測されていない物理現象を研究できることを浮き彫りにしている。今回の研究は、相関電子系の大規模量子ドットシミュレーターへの重要な一歩でもある。

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