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2020-09-28 | 中央社

文大、台大教授凝聚態相關主題論文首登《物理學報》(Physics Reports) 連通「楊米(Yang-Mills)理論」鞏固自旋學物理基礎

中國文化大學陳繩義教授、台灣大學前副校長張慶瑞教授、台北大副教授陳松賢、台大博士生黃則鈞,與新加坡國立大學、皇家墨爾本理工學院和東京理工學院合撰《自旋電子學中的Yang-Mills物理學》論文,並發表於最新一期的國際頂尖物理期刊《物理學報》 (Physics Reports)(2020年10月),這也是該期刊首次刊登由台灣的大學教授群主導的凝聚態相關主題論文,堪稱台灣物理學界的重要學術成就。

文大陳繩義教授是這篇文章的第一作者與通訊作者。他表示,近廿年來陸續有學者發現「楊米理論」(1954年楊振寧與羅伯特·米爾斯合寫的楊-米爾斯理論)與自旋學的相似性,並作相關的連結研究。《自旋電子學中的Yang-Mills物理學》一文,綜合整理這些年的研究成果,進而透過楊米理論鞏固自旋學的物理基礎。就實務面來說,將可對自旋電子學、拓撲系統、二維石墨烯和矽烯、磁性記憶體等的研究帶來新的思考方向。

《物理學報》是物理界影響因子最高的國際期刊,過去5年的影響係數平均值為24.659,比《自然-物理學》(Nature Physics)期刊的5年影響係數平均值 (21.797)還高。以往在《物理學報》上以台灣的大學學者群為主體、甚至為通訊作者的論文相當罕見,以凝聚態相關主題,更可說是1971創刊迄今的第一篇。(期刊網頁下載連結https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037015732030257X)

楊米理論是標準模型的基礎,傳統上是高能和數學物理學家感興趣的領域。自1990年代後,楊米理論所啟發的物理學領域已擴展到自旋電子學(spintronics),現於半導體或拓撲材料等具有強自旋軌道耦合的材料結構中更容易觀測到,對現代工業產生極大影響。

這篇論文由規範理論出發,探討楊米理論在自旋電子學的應用。例如自旋霍爾和自旋力矩的現象,可以利用楊米理論更清楚理解自旋軌道相關現象的問題。但以往的研究缺少對楊米理論和個體現象間的明確解釋,該文則提出從力和相位物理學角度進行討論的嶄新觀點,並將規範理論方法與自旋和磁現象作出良好而直接聯繫,對凝聚態學家、特別是納米科學領域的科學家來說非常有用,無論自旋電子學、拓撲系統、二維石墨烯和矽烯的研究,都可以利用此理論,進而有更清楚物理與應用圖象。

另一方面,該文也對試圖進入凝聚態科學和納米科學世界、卻不知如何著手的高能理論家,提供了一個友善的切入方向。

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