In de wereld van kwantummaterialen, waar deeltjes vreemd en onvoorspelbaar gedrag vertonen, hebben onderzoekers ontdekt dat een oude wet nog steeds geldt. De wet, bekend als de stelling van Lieb-Schultz-Mattis, stelt dat bepaalde soorten kwantumsystemen geen energiekloof kunnen hebben tussen hun grondtoestand en de eerste aangeslagen toestand.

Deze stelling is al meer dan veertig jaar bekend, maar de implicaties ervan voor kwantummaterialen worden nog steeds onderzocht. In een nieuwe studie hebben onderzoekers van de University of California, Berkeley en de University of Colorado Boulder aangetoond dat de stelling van Lieb-Schultz-Mattis kan worden gebruikt om de eigenschappen te begrijpen van een klasse kwantummaterialen die bekend staan ​​als Kitaev-materialen.

Kitaev-materialen zijn vernoemd naar de Russische natuurkundige Alexei Kitaev, die in 2006 voor het eerst hun bestaan ​​voorstelde. Deze materialen worden gekenmerkt door hun sterke spin-baankoppeling, de interactie tussen de spins van elektronen en hun orbitale beweging. Deze interactie leidt tot een aantal ongebruikelijke eigenschappen, waaronder het vermogen om Majorana-fermionen te huisvesten, dit zijn quasideeltjes die zich gedragen als hun eigen antideeltjes.

In hun onderzoek toonden de onderzoekers aan dat de stelling van Lieb-Schultz-Mattis kan worden gebruikt om het bestaan ​​van Majorana-fermionen in Kitaev-materialen te verklaren. Ze toonden ook aan dat de stelling kan worden gebruikt om de eigenschappen te voorspellen van andere Kitaev-materialen die nog niet zijn ontdekt.

Deze bevindingen zijn een belangrijke stap voorwaarts in het begrip van kwantummaterialen. Ze bieden onderzoekers een nieuw hulpmiddel om materialen met specifieke eigenschappen te ontwerpen en te engineeren. Dit zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe technologieën, zoals kwantumcomputers en spintronische apparaten.

De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.