Субир Сачдев — профессор физики имени Герчела Смита [1] в Гарвардском университете, специализирующийся на конденсированных средах . Он был избран в Национальную академию наук США в 2014 году, получил премию Ларса Онзагера от Американского физического общества и медаль Дирака от ICTP в 2018 году, а также был избран иностранным членом Королевского общества ForMemRS в 2023 году. Он был соредактором Annual Review of Condensed Matter Physics 2017–2019, [2] [3] и является главным редактором Reports on Progress in Physics 2022-.
Исследования Сачдева описывают последствия квантовой запутанности для макроскопических свойств природных систем. Он внес большой вклад в описание разнообразных разновидностей запутанных состояний квантовой материи и их поведения вблизи квантовых фазовых переходов . Многие из этих вкладов были связаны с экспериментами, особенно с богатыми фазовыми диаграммами высокотемпературных сверхпроводников . Исследования Сачдева выявили замечательные связи между природой квантовой запутанности в определенных лабораторных материалах и квантовой запутанностью в астрофизических черных дырах , и эти связи привели к новому пониманию энтропии и излучения черных дыр.
Субир Сачдев внес значительный вклад в теоретические исследования физики конденсированного состояния. Его основные интересы касались квантового магнетизма, квантовой критичности и, возможно, наиболее инновационной из всех областей, связей между природой квантовой запутанности в черных дырах и сильно взаимодействующими электронами в материалах.
Профессор Субир Сачдев — всемирно известный теоретик конденсированного состояния, внесший множество основополагающих вкладов в теорию сильно взаимодействующих конденсированных систем. Он является пионером в изучении систем вблизи квантовых фазовых переходов . Он также был пионером в исследовании связи между физическими свойствами современных квантовых материалов и природой квантовой запутанности в их многочастичном состоянии, проливая свет на разнообразные разновидности запутанных состояний квантовой материи.
Субир Сачдев внес пионерский вклад во многие области теоретической физики конденсированного состояния. Особое значение имели разработка теории квантовых критических явлений в изоляторах, сверхпроводниках и металлах; теория спин-жидкостных состояний квантовых антиферромагнетиков и теория фракционированных фаз материи; изучение новых фазовых переходов деконфайнмента; теория квантовой материи без квазичастиц; и применение многих из этих идей к априори не связанным проблемам в физике черных дыр, включая конкретную модель неферми-жидкостей.
за его основополагающий вклад в теорию квантовых фазовых переходов, квантового магнетизма и фракционированных спиновых жидкостей, а также за его лидерство в физическом сообществе.
Медаль Дирака была присуждена профессору Сачдеву в знак признания его многочисленных основополагающих вкладов в теорию сильно взаимодействующих конденсированных систем: квантовые фазовые переходы, включая идею критического деконфайнмента и крах традиционной симметрийной парадигмы Ландау–Гинзбурга–Вильсона; предсказание экзотических «спин-жидкостных» и фракционированных состояний; и приложения к теории высокотемпературной сверхпроводимости в купратных материалах.
Сачдев добился основополагающих успехов в теории конденсированных систем вблизи квантового фазового перехода, которые прояснили богатое разнообразие статического и динамического поведения в таких системах как при конечных температурах, так и при T = 0. Его книга «Квантовые фазовые переходы » [11] является основным текстом в этой области.
Сачдев учился в средней школе St. Joseph's Boys' High School в Бангалоре и Kendriya Vidyalaya , ASC, Бангалор . Он учился в колледже Indian Institute of Technology в Дели в течение года. Он перевелся в Массачусетский технологический институт , где получил степень бакалавра наук по физике. Он получил степень доктора философии по теоретической физике в Гарвардском университете . Он занимал профессиональные должности в Bell Labs (1985–1987) и в Йельском университете (1987–2005), где он был профессором физики, прежде чем вернуться в Гарвард, где он сейчас является профессором физики Herchel Smith . Он также занимал приглашенные должности в качестве председателя Cenovus Energy James Clerk Maxwell по теоретической физике [19] в Perimeter Institute for Theoretical Physics и профессора кафедры Dr. Homi J. Bhabha [20] в Tata Institute of Fundamental Research . С 2019 года он является приглашенным ученым в Институте Флэтайрон , а с 2024 года — приглашенным международным председателем Мигеля Вирасоро в Международном центре теоретической физики . С 2018 года он также входит в состав жюри премии Infosys по физическим наукам. [21]
Сачдев изучал природу квантовой запутанности в двумерных антиферромагнетиках, представив несколько ключевых идей в серии статей в 1989-1992 годах. Он разработал теорию квантовой критичности, прояснив ее значение для экспериментальных наблюдений над материалами при ненулевой температуре. В этом контексте он предложил [22] разрешимую модель сложной квантовой запутанности в металле, который не имеет никаких возбуждений, подобных частицам: расширение этого теперь называется моделью Сачдева-Йе-Китаева (SYK). Эти работы привели к теории квантовых фазовых переходов в металлах при наличии беспорядка, вызванного примесями, и универсальной теории странных металлов [23] , которая применима к широкому спектру материалов с коррелированными электронами, включая материалы на основе оксида меди, демонстрирующие высокотемпературную сверхпроводимость. Многие загадочные особенности фазы «псевдощели» этих материалов также разрешены этими теориями. Связь между структурой квантовой запутанности в модели SYK и в черных дырах была впервые предложена Сачдевом [24] , и эти связи привели к обширным разработкам в квантовой теории черных дыр.
Экстремальные примеры сложной квантовой запутанности возникают в металлических состояниях материи без квазичастичных возбуждений, часто называемых странными металлами . Такие металлы неизменно присутствуют в сверхпроводниках с более высокой температурой, выше самых высоких температур перехода для сверхпроводимости. Странная металличность и сверхпроводимость являются проявлениями базового квантового критического состояния материи без квазичастичных возбуждений. Примечательно, что существует тесная связь между квантовой физикой странных металлов в современных материалах (которые можно изучать в настольных экспериментах) и квантовой запутанностью вблизи черных дыр астрофизики.
Эта связь наиболее отчетливо видна, если более внимательно подумать об определяющей характеристике странного металла: отсутствии квазичастиц. На практике, учитывая состояние квантовой материи, трудно полностью исключить существование квазичастиц: хотя можно подтвердить, что определенные возмущения не создают одиночных квазичастичных возбуждений, почти невозможно исключить нелокальный оператор, который мог бы создать экзотическую квазичастицу, в которой основные электроны нелокально запутаны. Используя теории квантовых фазовых переходов , Сачдев утверждал [11] [25] , что вместо этого лучше исследовать, как быстро система теряет квантовую фазовую когерентность или достигает локального теплового равновесия в ответ на общие внешние возмущения. Если бы квазичастицы существовали, дефазировка заняла бы много времени, в течение которого возбужденные квазичастицы сталкиваются друг с другом. Напротив, состояния без квазичастиц достигают локального теплового равновесия за максимально короткое время, ограниченное снизу значением порядка ( постоянная Планка )/(( постоянная Больцмана ) x ( абсолютная температура )). [11] Сачдев предложил [22] [26] разрешимую модель странного металла (вариант которой теперь называется моделью Сачдева–Йе–Китаева (SYK) ), [27] которая, как было показано, насыщает такую границу по времени достижения квантового хаоса . [28]
Теперь мы можем установить связь с квантовой теорией черных дыр: в общем случае черные дыры также термализуются и достигают квантового хаоса за время порядка ( постоянная Планка )/(( постоянная Больцмана ) x ( абсолютная температура )), [29] [30] где абсолютная температура - это температура Хокинга черной дыры . И это сходство с квантовой материей без квазичастиц не является совпадением: Сачдев утверждал [24] , что модель SYK голографически отображается в низкоэнергетическую физику заряженных черных дыр в 4-мерном пространстве-времени. Также ключевыми для этой связи были факты, что в пределе нулевой температуры заряженные черные дыры имеют ненулевую энтропию, пропорциональную площади горизонта, а модель SYK имеет ненулевую плотность энтропии. [31] Действительно, модель SYK была первой моделью, демонстрирующей неисчезающую плотность энтропии при нулевой температуре без экспоненциально большого вырождения основного состояния, и поэтому голографическое отображение подразумевало, что заряженные черные дыры обладают этой особенностью.
Ключевым моментом в этой связи также является тот факт, что заряженные черные дыры имеют ненулевую энтропию в пределе нулевой температуры, как и модель SYK, когда предел нулевой температуры берется после предела большого размера. [31]
Эти и другие связанные работы по квантовой критичности Сачдева и его коллег привели к ценным знаниям о свойствах электронной квантовой материи и о природе излучения Хокинга от черных дыр. Решаемые модели, связанные с гравитационными дуалами и моделью SYK, привели к открытию более реалистичных моделей квантовых фазовых переходов в высокотемпературных сверхпроводниках и других соединениях. Достижения в теории квантовых переходов в металлах в присутствии примесей привели к универсальной теории странных металлов, которая применима к широкому спектру коррелированных электронных соединений. Такие предсказания [32] [23] были связаны с экспериментами на графене [33] [34] и купратных сверхпроводниках . [35] Модель SYK играет ключевую роль в вычислении плотности низкоэнергетических квантовых состояний несуперсимметричных заряженных черных дыр в 4 пространственно-временных измерениях [36] [37] и предоставляет базовую гамильтонову систему, на которой были проверены достижения в области кривой Пейджа энтропии запутанности испаряющихся черных дыр. [38]
Сачдев также разработал теорию критических квантовых спиновых жидкостей , которые характеризуются фракционированием и возникающими калибровочными полями, а также отсутствием квазичастиц. Такие спиновые жидкости играют важную роль в теории купратных сверхпроводников .
PW Anderson предположил [39] , что изоляторы Мотта реализуют антиферромагнетики , которые могут образовывать состояния резонирующей валентной связи (RVB) или квантовой спиновой жидкости с энергетической щелью для спиновых возбуждений без нарушения симметрии обращения времени. Было высказано предположение, что такие состояния RVB имеют возбуждения с дробными квантовыми числами, такими как дробный спин 1/2. Существование таких основных состояний RVB и деконфайнмента дробных возбуждений было впервые установлено Ридом и Сачдевом [40] и Веном [41] посредством связи с калибровочной теорией Z 2 . Сачдев также был первым, кто показал, что состояние RVB является нечетной калибровочной теорией Z 2 . [42] [43] [44] Нечетная спиновая жидкость Z 2 имеет фоновый электрический заряд Z 2 на каждом узле решетки (эквивалентно, трансляции в направлениях x и y антикоммутируют друг с другом в секторе суперселекции состояний, связанных с калибровочным потоком Z 2 (также известном как m- сектор)). Сачдев показал, что антиферромагнетики с полуцелым спином образуют нечетные спиновые жидкости Z 2 , а антиферромагнетики с целым спином образуют четные спиновые жидкости Z 2 . Используя эту теорию, были поняты различные универсальные свойства состояния RVB, включая ограничения на преобразования симметрии возбуждений анионов. Сачдев также получил много результатов о переходах конфайнмента состояния RVB, включая ограничения на близкие квантовые фазы и природу квантовых фазовых переходов к ним.
Топологический порядок (т.е. вырождения основного состояния на 2-многообразиях) и анионы квантовых спиновых жидкостей Z 2 идентичны тем, которые появились позднее в модели разрешимого торического кода , играющей ключевую роль в квантовой коррекции ошибок в кубитовых устройствах.
Спиновые жидкости Z 2 являются основными состояниями спиновых моделей на решетке кагоме , и это связано с экспериментами на материалах с коррелированными электронами и массивами захваченных ридберговских атомов .
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )