物理系張慶瑞教授團(tuán)隊「自旋電子學(xué)中的Yang-Mills理論」發(fā)表國際頂尖期刊《物理學(xué)報》

本校物理系張慶瑞教授及訪問學(xué)者陳繩義(已加入中國文化大學(xué))，與其博士生陳松賢(已加入臺北大學(xué))，黃則鈞與新加坡國立大學(xué)，皇家墨爾本理工學(xué)院和東京理工學(xué)院合作撰寫一篇有關(guān)自旋電子學(xué)中Yang-Mills理論的物理學(xué)。這篇文章於2020年10月發(fā)表於國際頂尖期刊《物理學(xué)報》(Physics Reports)。

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(shù)平均值為24.659，遠(yuǎn)比《Nature Physics》的5年影響係數(shù)平均值(21.797)還高出不少。值得一提的是，在《物理學(xué)報》發(fā)表文章，以臺灣作者群為主體，甚至為通訊作者本已是鳳毛麟角，若是以凝聚態(tài)相關(guān)主題，本文更可說是該刊自1971創(chuàng)刊迄今，臺灣發(fā)表的第一篇文章。本論文已可在期刊網(wǎng)頁下載。(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037015732030257X)。

Yang-Mills理論是標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)上是高能和數(shù)學(xué)物理學(xué)家非常感興趣的領(lǐng)域。在1990年代後，Yang-Mills所啟發(fā)的物理學(xué)領(lǐng)域已擴(kuò)展到自旋電子學(xué)(spintronics)，現(xiàn)在半導(dǎo)體或拓?fù)洳牧系染哂袕娮孕壍礼詈系牟牧现械慕Y(jié)構(gòu)中更容易觀測到，對現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)生極大影響。

本文由規(guī)範(fàn)理論出發(fā)，來探討Yang-Mills理論在自旋電子學(xué)的應(yīng)用。例如自旋霍爾和自旋力矩的現(xiàn)象，可以利用Yang-Mills的理論更清楚理解自旋軌道相關(guān)現(xiàn)象的問題。但是在大多數(shù)以前的工作中缺少對Yang-Mills理論和個體現(xiàn)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(xué)的角度進(jìn)行的討論。同時結(jié)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(xué)的規(guī)範(fàn)物理，並在自旋干涉和自旋螺旋的背景下討論自旋相位物理學(xué)。奇妙的是，這些複雜的自旋電子學(xué)現(xiàn)象竟然可以透過簡單的力和相物理學(xué)在Yang-Mills的理論背景下來清楚解釋。

本文將規(guī)範(fàn)理論方法與自旋和磁現(xiàn)象作出良好而直接聯(lián)繫，對凝聚態(tài)學(xué)家特別是奈米科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家來說非常有用，無論自旋電子學(xué)，拓?fù)湎到y(tǒng)，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(yīng)用圖象。另一方面，本文也對試圖進(jìn)入凝聚態(tài)科學(xué)和奈米科學(xué)世界，而往往不知如何著手的高能理論家提供一個友善的切入方向。