Piers Coleman es un físico teórico nacido en Gran Bretaña que trabaja en el campo de la física teórica de la materia condensada . [2] Coleman es profesor de física en la Universidad de Rutgers en Nueva Jersey y en Royal Holloway, Universidad de Londres .
Piers Coleman | |
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Nació | |
Educación | Escuela secundaria de Cheltenham |
alma mater | Universidad de Cambridge Universidad de Princeton |
Conocido por | Bosón esclavo , criticidad cuántica , superconductividad de fermiones pesados [1] |
Carrera científica | |
Campos | Teoría de la materia condensada |
Instituciones | Universidad de Rutgers , Royal Holloway, Universidad de Londres |
Asesor de doctorado | Philip W. Anderson |
Educación y carrera
Coleman se crió en Cheltenham, Inglaterra , donde asistió a la Cheltenham Grammar School , donde se graduó en 1976. Completó su educación de pregrado en el Trinity College, Cambridge , cursando los estudios de ciencias naturales y matemáticas, parte III, bajo la tutela de Gilbert Lonzarich . En 1980 ganó un premio Procter a la Universidad de Princeton, donde estudió física teórica de la materia condensada con Philip Warren Anderson . Entre los contemporáneos del programa de posgrado en física de Princeton se encontraban Gabriel Kotliar , Cumrun Vafa , Nathan Mhyrvold y Jennifer Chayes . Se le concedió una beca de investigación junior en el Trinity College, Cambridge , que ocupó de 1983 a 1988. Fue becario postdoctoral en el Instituto Kavli de Física Teórica de Santa Bárbara de 1984 a 1986. Se incorporó a la facultad de la Universidad de Rutgers en 1987. Desde 2010 también ha ocupado el cargo de Cátedra de Física Teórica de la Materia Condensada de la Universidad de Londres en Royal Holloway, Universidad de Londres . En 2011, Piers Coleman reemplazó a David Pines como director del Institute for Complex Adaptive Matter .
Investigar
Coleman es conocido por su trabajo relacionado con sistemas de electrones fuertemente correlacionados y, en particular, el estudio del magnetismo , la superconductividad y los aislantes topológicos . Es autor del popular texto Introducción a la física de muchos cuerpos .
Al principio de su carrera en la Universidad de Princeton, Coleman trabajó en el problema de las fluctuaciones de valencia en los sólidos. En la década de 1960, el físico John Hubbard introdujo un operador matemático, el "operador de Hubbard" [3] para describir las fluctuaciones restringidas de valencia entre dos estados de carga de un ion. En 1983 Coleman inventó la formulación del bosón esclavo de los operadores de Hubbard, [4] que implica la factorización de un operador de Hubbard en un fermión canónico y un bosón.. El uso de fermiones canónicos permitió a los operadores de Hubbard ser tratados dentro de un enfoque de teoría de campo, [5] permitiendo los primeros tratamientos de campo medio del problema del fermión pesado. Desde entonces, el enfoque del bosón esclavo se ha aplicado ampliamente a sistemas de electrones fuertemente correlacionados y ha demostrado ser útil para desarrollar la teoría del enlace de valencia resonante (RVB) de la superconductividad a alta temperatura [6] [7] y la comprensión de los compuestos de fermiones pesados . [8]
En Rutgers, se interesó en la interacción del magnetismo con fuertes correlaciones de electrones. Con Natan Andrei adaptó la teoría del enlace de valencia resonante de la superconductividad a alta temperatura [6] a la superconductividad de fermiones pesados . [9] En 1990 con Anatoly Larkin y Premi Chandra , exploraron el efecto de las fluctuaciones térmicas y magnéticas de punto cero en imanes de Heisenberg frustrados bidimensionales. [10] La sabiduría convencional sostenía que debido al teorema de Mermin-Wagner , los imanes bidimensionales de Heisenberg no pueden desarrollar ninguna forma de orden de largo alcance . Chandra, Coleman y Larkin demostraron que la frustración puede conducir a una transición de la fase Ising de temperatura finita a un estado rayado con un orden nemático de espín de largo alcance. Ahora se sabe que este tipo de orden se desarrolla en superconductores basados en hierro de alta temperatura . [11]
Trabajando con Alexei Tsvelik, Coleman llevó a cabo algunas de las primeras aplicaciones de Majorana Fermions a problemas de materia condensada. En 1992, Coleman, Miranda y Tsvelik examinaron la aplicación de la representación de giros de Majoranaa la red de Kondo, lo que muestra que si los momentos locales se fraccionan como Majorana, en lugar de fermiones de Dirac, el estado fundamental resultante es un superconductor de frecuencia impar. [12] [13] Trabajando con Andrew Schofield y Alexei Tsvelik, más tarde avanzaron un modelo para dar cuenta de las inusuales propiedades de magnetorresistencia de los superconductores de alta temperatura en su estado normal, en el que los electrones se fraccionan en fermiones de Majorana. [14]
A finales de la década de 1990, Coleman se interesó por la degradación del comportamiento de los líquidos de Fermi en un punto crítico cuántico . Trabajando con Gabriel Aeppli y Hilbert von Löhneysen, demostraron establecida la presencia de fluctuaciones críticas cuánticas locales en el metal crítico cuántico CeCu 6-x Au x , identificado como consecuencia de la ruptura del efecto Kondo que acompaña al desarrollo del magnetismo. . [15] Esto llevó a la predicción de que la superficie de Fermi cambiará de manera discontinua en un punto crítico cuántico, [16] un resultado que se observó más tarde en la criticidad cuántica ajustada al campo en el material YbRh 2 Si 2 [17] y en la criticidad cuántica ajustada a la presión. en el material CeRhIn 5 . [18]
Después del descubrimiento de los aislantes topológicos , Coleman se interesó en saber si el comportamiento del aislante topológico podría existir en materiales con una fuerte correlación. En 2008, el equipo de Maxim Dzero, Kai Sun y Victor Galitski y Piers Coleman predijeron que la clase de aisladores Kondo puede desarrollar un estado fundamental topológico, proponiendo hexaboruro de samario (SmB 6 ) como aislante topológico Kondo. [19] La observación del desarrollo de estados superficiales conductores robustos en SmB 6 es consistente con esta predicción temprana. [20] [21]
Entre los ex estudiantes de investigación y becarios postdoctorales notables de su grupo se incluyen Ian Ritchey , [22] Eduardo Miranda , [23] Andrew Schofield , Maxim Dzero , [24] Andriy Nevidomskyy [25] y Rebecca Flint [26]
Vida personal
Piers Coleman está casado con la física teórica estadounidense Premala Chandra y tienen dos hijos. Es el hermano mayor del músico y compositor Jaz Coleman . [27]
Divulgación científica
Junto con su hermano menor Jaz , Coleman trabajó en un sitio web de conciertos y divulgación de física, Music of the Quantum . El concierto cuenta con piezas compuestas por Jaz Coleman , basadas en temas de la física como la criticidad cuántica, la emergencia y la ruptura de simetría. Ofrecieron presentaciones de Music of the Quantum en la Capilla de Belén en Praga y en la Universidad de Columbia en Nueva York . [27] También ha producido un breve documental sobre Emergence con Paul Chaikin, como parte de la serie de Annenberg Physics in the 21st Century. [28]
Premios y honores
Coleman recibió una beca Sloan en 1988. En 2002 fue elegido miembro de la American Physical Society "por enfoques innovadores de la teoría de sistemas de electrones fuertemente correlacionados". [29] En 2018 fue elegido miembro de la junta del Centro de Física de Aspen . Su investigación cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias, División de Teoría de Materiales, y el Departamento de Energía, división de Ciencias Energéticas Básicas.
Libros
- Coleman, Piers (2015). Introducción a la física de muchos cuerpos . Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press. ISBN 9780521864886.
Ver también
- Zlatko Tesanovic
Referencias
- ^ "Perfil de autor de Piers Coleman" . Física - Piers Coleman . Sociedad Estadounidense de Física . Consultado el 31 de enero de 2011 .
- ^ "El triplete mecánico cuántico puede conducir a la superconductividad a altas temperaturas" . Azonano . AZNanotecnología. 2008-07-22 . Consultado el 31 de enero de 2011 .
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- ^ APS Fellows, 1995-presente , American Physical Society . Consultado el 21 de julio de 2011.
enlaces externos
- Página web oficial
- Sitio web de Music of the Quantum