Kareljan Schoutens

Prof.dr. K. Schoutens

Institute for Theoretical Physics
University of Amsterdam
Science Park 904, PO Box 94485
1090 GE Amsterdam
THE NETHERLANDS

tel:     +31-20-525 5664
secr:  +31-20-525 5773
fax:    +31-20-525 5778

email: C.J.M.Schoutens@uva.nl

Quantumlessen

Quantumlessen -- mysterie en realiteit in de quantummechanica
UvA-brede collegecyclus, najaar 2012, 12 dinsdagavonden vanaf 4 september.

Strange Metals in One Spatial Dimension, Phys. Rev. D86, 066003, arXiv.org:126.4719 (with Rajesh Gopakumar, Akikazu Hashimoto, Igor R. Klebanov, Subir Sachdev).

Summary in Dutch.
De term `Strange Metal' (Vreemd Metaal) verwijst naar materietoestanden die metaal-achtig zijn, maar die sterk verschillen van een vrij elektronengas. We realiseren een dergelijke toestand door vrije fermionen te koppelen aan ijkvelden van een bepaald type. We stellen vast dat een Fermi-oppervlak ontstaat en bestuderen vervolgens de lage-energie excitaties rond dat oppervlak. Deze blijken te worden beschreven door een quantumveldentheorie met bijzondere symmetrie-eigenschappen: niet alleen is er en vorm van supersymmetrie (N=2 superconforme symmetrie geheten) maar er is bovendien een zgn W-symmetrie. Door de wiskundige structuur die deze symmetrieen bieden slim te benutten komen we tot een volledige lijst van de excitaties (`deeltjes') die in ons `Vreemde Metaal' bestaan. We speculeren over verbanden met een gravitatie- of zelfs snaartheorie op een gekromde 3-dimensionale ruimte.

Charged spin textures over the Moore-Read quantum Hall state, New Jour. Phys. 13 , 045013, arXiv:1010.0897 (with Jesper Romers, Liza Huijse).

Summary in Dutch.
De Moore-Read quantum Hall toestand is een van de meest opmerkelijke vormen van quantummaterie. De toestand kan bestaan als elektronen onder extreme omstandigheden worden gebracht: beweging beperkt tot een vlak, extreem lage temperatuur en een sterk magnetisch veld. In de Moore-Read toestand wijzen de spins van de elektronen allemaal in dezelfde richting. Als in de Moore-Read toestand een aantal elementaire excitaties (met elektrische lading 1/4 van de elektronlading) wordt opgewekt, dan ontstaat een `quantumregister' waarin quantuminformatie kan worden opgeslagen en bewerkt. In dit artikel onderzoeken we verstoringen (excitaties) van de Moore-Read toestand die de kleinst mogelijke lading hebben (1/4 van de lading van het elektron) en die bovendien een modulatie (textuur) in de spin met zich meebrengen. We laten zien dat de spin textuur die ontstaat als elementaire excitaties worden samengevoegd afhangt van de stand van het bijbehorende quantumregister.

Wavefunctions for topological quantum registers, Ann. Phys. 322 (2007) 201-235, cond-mat/0606217 (with Eddy Ardonne).

Summary in Dutch.
In de jaren 1980 is ontdekt dat elektronen onder bijzondere omstandigheden toestanden kunnen vormen die bekend staan als quantum Hallvloeistoffen. In dit artikel onderzoeken we quantumvloeistoffen waarin de elektronen paren of clusters vormen. Als we zo'n quantumvloeistof een beetje verstoren ontstaan deeltjes met bijzondere quantumeigenschappen, die `anyonen' worden genoemd. Het opmerkelijke is nu dat zulke anyonen in principe dienst kunnen doen als register voor een quantumcomputer. In dit artikel berekenen we de quantummechanische golffuncties voor een collectie van zulke anyonen. We laten zien dat twee relatief eenvoudige quantum Hallvloeistoffen de juiste eigenschappen hebben om een `universele quantumcomputer' mogelijk te maken. De eerste is een toestand waarin spin-gepolariseerde elektronen groepjes van drie vormen, de andere is een quantum Hallvloeistof waarin elektronen die niet spin-gepolariseerd zijn paren vormen.

Exact results for strongly-correlated fermions in 2+1 dimensions , Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 046403, cond-mat/0504595 (with Paul Fendley).

Summary in Dutch.
We bestuderen modellen voor geladen fermionische deeltjes die kunnen bewegen op een twee-dimensionaal rooster. De modellen zijn zo gekozen dat er een zgn. supersymmetrie bestaat. De gevolgen hiervan blijken heel bijzonder: de deeltjes hebben een groot aantal mogelijkheden om een toestand met de laagst mogelijke energie te realiseren: we spreken van superfrustratie. Het aantal grondtoestanden groeit exponentieel met de grootte van het rooster. We verwachten dat elektronen in een vaste-stofsysteem vergelijkbaar gedrag kunnen vertonen.