Кіріспе
Қатты денедегі электрондардың үш квазибөлшекке бөлінуі – "фракционализацияның" түрі. Конденсатталған материя физикасында спин-зарядтың бөлінуі – кейбір материалдардағы электрондардың үш тәуелсіз бөлшекке, спинонға, орбитонға және холонға (немесе шаргонға) "бөлініп" кетуі. Электронды теориялық тұрғыдан осы үшеуінің байланысқан күйі ретінде қарастыруға болады, мұнда спинон электронның спинін, орбитон орбиталық еркіндік дәрежесін, ал шаргон зарядты алып жүреді. Бірақ, белгілі бір жағдайларда олар тәуелсіз квазибөлшектер ретінде мінез-құлық таныта алады. Спин-зарядтың бөліну теориясы 1950 жылы бір өлшемді өзара әрекеттесетін кванттық жүйелерді зерттеу үшін жуықталған әдіс әзірлеген Син Итиро Томонаганың еңбектерімен басталады. Бұл идеяны 1963 жылы Хоакин Маздак Луттингер спин-зарядтың бөлінуін көрсететін, дәл шешілетін модель арқылы дамытты. 1981 жылы Ф. Дункан М. Холдейн Луттингердің моделін Томонага-Луттингер сұйықтығы тұжырымдамасына кеңейтті, осылайша Луттингер моделінің физикасы теориялық тұрғыдан барлық бір өлшемді металл жүйелері үшін ортақ ерекшелік екені көрсетілді. Холдейн спинсіз фермиондарды қарастырғанмен, спинді ½ фермиондарға кеңейту және оған байланысты спин-зарядтың бөлінуі соншалықты анық болды, тіпті осы мәселе бойынша жарияланбаға уәде берілгенімен, ол жарияланбады. Спин-зарядтың бөлінуі – квазибөлшектер тұжырымдамасының ең ерекше көріністерінің бірі. Бұл қасиет интуицияға қайшы келеді, себебі спинон (нөлдік заряд және спин жартысы бар) және шаргон (заряды минус бір және спині нөлдік) электронды, тесікті, фононды және фотонды құрайтын жүйенің құрамдас бөліктерінің комбинациясы ретінде құрастырыла алмайды. Бұл – фракционализацияның мысалы, яғни квазибөлшектердің кванттық сандары элементар бөлшектердің есеуі емес, бөлшегі болып табылады. Осы теориялық идеялар ультрасуық атомдар саласында да қолданылды. 1D-дегі екі компонентті Бозе газындағы күшті өзара әрекеттесулер спин-зарядтың бөлінуінің максималды түрін тудыра алады.
In condensed matter physics, spin–charge separation is an unusual behavior of electrons in some materials in which they 'split' into three independent particles, the spinon, the orbiton and the holon (or chargon). The electron can always be theoretically considered as a bound state of the three, with the spinon carrying the spin of the electron, the orbiton carrying the orbital degree of freedom and the chargon carrying the charge, but in certain conditions they can behave as independent quasiparticles. The theory of spin–charge separation originates with the work of Sin Itiro Tomonaga who developed an approximate method for treating one dimensional interacting quantum systems in 1950. This was then developed by Joaquin Mazdak Luttinger in 1963 with an exactly solvable model which demonstrated spin–charge separation. In 1981 F. Duncan M. Haldane generalized Luttinger's model to the Tomonaga–Luttinger liquid concept whereby the physics of Luttinger's model was shown theoretically to be a general feature of all one dimensional metallic systems. Although Haldane treated spinless fermions, the extension to spin ½ fermions and associated spin–charge separation was so clear that the promised follow up paper did not appear. Spin–charge separation is one of the most unusual manifestations of the concept of quasiparticles. This property is counterintuitive, because neither the spinon, with zero charge and spin half, nor the chargon, with charge minus one and zero spin, can be constructed as combinations of the electrons, holes, phonons and photons that are the constituents of the system. It is an example of fractionalization, the phenomenon in which the quantum numbers of the quasiparticles are not multiples of those of the elementary particles, but fractions. The same theoretical ideas have been applied in the framework of ultracold atoms. In a two component Bose gas in 1D, strong interactions can produce a maximal form of spin–charge separation.
Байқау
Физик Ф. Дункан М. Холдейннің 1981 жылғы теориясын дамыта отырып, Кембридж және Бирмингем университеттерінің сарапшылары 2009 жылы эксперименттік жолмен мынаны дәлелдеді: бір-бірінен теріскей зарядтардың күшті ығысуынан (бірдей зарядты иеленуінен) туындаған қатты өзара әсердің нәтижесінде, кішкентай кеңістікте жасанды түрде шектелген электрондар жиынтығы спинон мен голондарға бөлінеді. АҚШ Энергетика министрлігінің Лоренс Беркли ұлттық зертханасының Advanced Light Source (ALS) -да жұмыс істейтін зерттеушілер тобы үш жыл бұрын спин-зарядтың ажыратылуының ең жоғарғы спектрлік құрылымдарын байқаған.