位相のずれ

物理学において、位相のずれは量子システムから古典的な振る舞いを回復するメカニズムである。これは、摂動によって引き起こされたコヒーレンスが時間の経過とともに減衰し、システムが摂動前の状態に戻る方法を指す。これは、分子および原子分光法、およびメソスコピックデバイス の凝縮物質物理学において重要な効果である。

その理由は、金属の伝導を、量子力学的に計算できる有効質量に埋め込まれた量子効果のすべてを伴う古典的な現象として説明することで理解できます。これは、伝導電子の散乱効果として見ることができる抵抗にも当てはまります。温度が低下し、デバイスのサイズが大幅に縮小されると、この古典的な動作は消え、量子力学の法則が、導体内を何の散逸もなく弾道的に移動する波として見られる伝導電子の動作を支配するはずです。ほとんどの場合、これが観察されるものです。しかし、^{ボリス・アルトシュラー、アルカディ・アロノフ、およびデビッド・E・フメリニツキー}の理論の予想に反して、メソスコピックデバイスで温度がゼロに近づくと、いわゆる位相緩和時間、つまり伝導電子が量子動作を失うのにかかる時間が無限ではなく有限になることが明らかになったことは[誰にとって? ]驚きだったようです。^[1]低温での位相消失時間のこのような飽和は、いくつかの提案が提出されているにもかかわらず、未解決の問題である。

サンプルのコヒーレンスは、密度行列の非対角要素によって説明されます。周波数が2 つの状態間のエネルギー ギャップに対応する場合、外部の電場または磁場によって、サンプル内の2 つの量子状態間にコヒーレンスを作成できます。コヒーレンスの項は、位相ずれ時間またはスピン-スピン緩和、T ₂とともに減少します。

光によってサンプル内にコヒーレンスが生成されると、サンプルは入射光と周波数が等しく位相が反転した偏光波を放射する。さらに、サンプルは入射光によって励起され、励起状態の分子の集団が発生する。サンプルを通過する光は、これら 2 つのプロセスによって吸収され、吸収スペクトルによって表される。コヒーレンスは時定数T ₂とともに減衰し、偏光波の強度は減少する。励起状態の集団も縦緩和の時定数T ₁とともに減衰する。時定数T _2は通常T ₁よりもはるかに小さく、吸収スペクトルの帯域幅はフーリエ変換によってこれらの時定数に関連付けられるため、時定数T _{2 は}帯域幅の主な要因となる。時定数T _{2 は、}光子エコー実験などの超高速時間分解分光法によって直接測定されている。

エネルギーEを持つ粒子が温度Tの変動環境にさらされている場合、その粒子の位相消失率はどれくらいでしょうか。特に、平衡に近い位相消失率 ( E~T ) はどれくらいで、温度ゼロの極限では何が起こるのでしょうか。この疑問は、過去 20 年間、メソスコピック コミュニティを魅了してきました (下記の参考文献を参照)。

• 位相ずれ率SP式

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