Subir Sachdev es profesor Herchel Smith de Física [1] en la Universidad de Harvard y se especializa en materia condensada . Fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. en 2014, recibió el Premio Lars Onsager de la Sociedad Estadounidense de Física y la Medalla Dirac del ICTP en 2018, y fue elegido miembro extranjero de la Royal Society ForMemRS en 2023. Fue co -editor de la Revista Anual de Física de la Materia Condensada 2017–2019, [2] [3] y es editor en jefe de Informes sobre el progreso en Física 2022-.
La investigación de Sachdev describe las consecuencias del entrelazamiento cuántico en las propiedades macroscópicas de los sistemas naturales. Ha realizado amplias contribuciones a la descripción de las diversas variedades de estados entrelazados de la materia cuántica y de su comportamiento cerca de las transiciones de fase cuánticas . Muchas de estas contribuciones han estado vinculadas a experimentos, especialmente a los ricos diagramas de fases de los superconductores de alta temperatura . La investigación de Sachdev ha expuesto conexiones notables entre la naturaleza del entrelazamiento cuántico en ciertos materiales de laboratorio y el entrelazamiento cuántico en agujeros negros astrofísicos , y estas conexiones han llevado a nuevos conocimientos sobre la entropía y la radiación de los agujeros negros propuestos por Stephen Hawking .
Subir Sachdev ha realizado profundas contribuciones a la investigación teórica de la física de la materia condensada. Sus principales intereses han sido el magnetismo cuántico, la criticidad cuántica y, quizás lo más innovador de todo, los vínculos entre la naturaleza del entrelazamiento cuántico en los agujeros negros y los electrones que interactúan fuertemente en los materiales.
El profesor Subir Sachdev es un teórico de la materia condensada de renombre mundial, con muchas contribuciones fundamentales a la teoría de los sistemas de materia condensada que interactúan fuertemente. Es pionero en el estudio de sistemas cercanos a transiciones de fase cuánticas . También ha sido pionero en la exploración de la conexión entre las propiedades físicas de los materiales cuánticos modernos y la naturaleza del entrelazamiento cuántico en su estado de muchas partículas, dilucidando las diversas variedades de estados entrelazados de la materia cuántica.
Subir Sachdev ha realizado contribuciones pioneras en muchas áreas de la física teórica de la materia condensada. De particular importancia fue el desarrollo de la teoría de los fenómenos críticos cuánticos en aisladores, superconductores y metales; la teoría de los estados líquidos de espín de los antiferromagnetos cuánticos y la teoría de las fases fraccionadas de la materia; el estudio de nuevas transiciones de fase de desconfinamiento; la teoría de la materia cuántica sin cuasipartículas; y la aplicación de muchas de estas ideas a problemas a priori no relacionados en la física de los agujeros negros, incluido un modelo concreto de líquidos no Fermi.
por sus contribuciones fundamentales a la teoría de las transiciones de fase cuánticas, el magnetismo cuántico y los líquidos de espín fraccionados, y por su liderazgo en la comunidad de la física.
La Medalla Dirac fue otorgada al profesor Sachdev en reconocimiento a sus numerosas contribuciones fundamentales a la teoría de los sistemas de materia condensada que interactúan fuertemente: transiciones de fase cuántica, incluida la idea de desconfinamiento crítico y la ruptura del paradigma Landau-Ginsburg-Wilson basado en la simetría convencional; la predicción de estados exóticos y fraccionados; y aplicaciones a la teoría de la superconductividad de alta temperatura en los materiales de cuprato.
Sachdev ha logrado avances fundamentales en la teoría de los sistemas de materia condensada cercanos a una transición de fase cuántica, que han dilucidado la rica variedad de comportamiento estático y dinámico en dichos sistemas, tanto a temperaturas finitas como a T =0. Su libro, Quantum Phase Transitions , [11] es el texto básico en este campo.
Sachdev asistió a la escuela en St. Joseph's Boys' High School, Bangalore y Kendriya Vidyalaya , ASC, Bangalore . Asistió a la universidad en el Instituto Indio de Tecnología de Delhi durante un año. Se transfirió al Instituto Tecnológico de Massachusetts , donde obtuvo una licenciatura en Física. Recibió su doctorado. en física teórica de la Universidad de Harvard . Ocupó cargos profesionales en los Laboratorios Bell (1985-1987) y en la Universidad de Yale (1987-2005), donde fue profesor de Física, antes de regresar a Harvard, donde ahora es profesor de Física Herchel Smith . También ha ocupado puestos visitantes como Cátedra James Clerk Maxwell de Física Teórica de Cenovus Energy [19] en el Instituto Perimeter de Física Teórica , y la Cátedra Dr. Homi J. Bhabha [20] en el Instituto Tata de Investigación Fundamental . [ cita necesaria ] También ha formado parte del jurado de Ciencias Físicas del Premio Infosys desde 2018. [21]
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Sachdev ha estudiado la naturaleza del entrelazamiento cuántico en antiferromagnetos bidimensionales, introduciendo varias ideas clave en una serie de artículos entre 1989 y 1992. Ha desarrollado la teoría de la criticidad cuántica, dilucidando sus implicaciones para las observaciones experimentales de materiales a temperaturas distintas de cero. En este contexto, propuso [22] un modelo solucionable de entrelazamiento cuántico complejo en un metal que no tiene excitaciones similares a partículas: una extensión de esto ahora se llama modelo Sachdev-Ye-Kitaev (SYK). Estos trabajos han conducido a una teoría de las transiciones de fase cuánticas en metales en presencia de desorden inducido por impurezas, y a una teoría universal de metales extraños [23] que se aplica a una amplia variedad de materiales electrónicos correlacionados, incluidos los materiales de óxido de cobre que exhiben Superconductividad a alta temperatura. Estas teorías también resuelven muchas características desconcertantes de la fase "psuedogap" de estos materiales. Sachdev [24] propuso por primera vez una conexión entre la estructura del entrelazamiento cuántico en el modelo SYK y en los agujeros negros, y estas conexiones han conducido a amplios desarrollos en la teoría cuántica de los agujeros negros.
Ejemplos extremos de entrelazamiento cuántico complejo surgen en estados metálicos de la materia sin excitaciones de cuasipartículas , a menudo llamados metales extraños . Estos metales están invariablemente presentes en superconductores de temperatura más alta, por encima de las temperaturas de transición más altas para la superconductividad. La extraña metalicidad y la superconductividad son manifestaciones de un estado crítico cuántico subyacente de la materia sin excitaciones de cuasipartículas. Sorprendentemente, existe una conexión íntima entre la física cuántica de metales extraños en materiales modernos (que pueden estudiarse en experimentos de mesa) y el entrelazamiento cuántico cerca de los agujeros negros de la astrofísica.
Esta conexión se ve más claramente al pensar más detenidamente en la característica definitoria de un metal extraño: la ausencia de cuasipartículas. En la práctica, dado un estado de la materia cuántica, es difícil descartar completamente la existencia de cuasipartículas: si bien se puede confirmar que ciertas perturbaciones no crean excitaciones de cuasipartículas únicas, es casi imposible descartar un operador no local que podría crear una cuasipartícula exótica en la que los electrones subyacentes están entrelazados de forma no local. Utilizando teorías de transiciones de fase cuánticas , Sachdev argumentó [11] [25] que es mejor examinar con qué rapidez el sistema pierde coherencia de fase cuántica o alcanza el equilibrio térmico local en respuesta a perturbaciones externas generales. Si existieran cuasipartículas, el desfase llevaría mucho tiempo durante el cual las cuasipartículas excitadas chocarían entre sí. Por el contrario, los estados sin cuasipartículas alcanzan el equilibrio térmico local en el menor tiempo posible, limitado por un valor de orden ( constante de Planck )/(( constante de Boltzmann ) x ( temperatura absoluta )). [11] Sachdev propuso [22] [26] un modelo con solución de un metal extraño (una variante del cual ahora se llama modelo Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) ), [27] que demostró saturar dicho límite en El momento de alcanzar el caos cuántico . [28]
Ahora podemos establecer la conexión con la teoría cuántica de los agujeros negros: en general, los agujeros negros también se termalizan y alcanzan el caos cuántico en un tiempo de orden ( constante de Planck )/(( constante de Boltzmann ) x ( temperatura absoluta )), [29] [30] donde la temperatura absoluta es la temperatura de Hawking del agujero negro . Y esta similitud con la materia cuántica sin cuasipartículas no es una coincidencia: Sachdev argumentó [24] que el modelo SYK se corresponde holográficamente con la física de baja energía de los agujeros negros cargados en la cuarta dimensión del espacio-tiempo. También fue clave para esta conexión el hecho de que los agujeros negros cargados tienen una entropía distinta de cero en el límite de temperatura cero, al igual que el modelo SYK cuando el límite de temperatura cero se toma después del límite de gran tamaño. [31]
Estos y otros trabajos relacionados sobre criticidad cuántica realizados por Sachdev y sus colaboradores han aportado valiosos conocimientos sobre las propiedades de la materia cuántica electrónica y sobre la naturaleza de la radiación de Hawking procedente de los agujeros negros. Los modelos solubles relacionados con duales gravitacionales y el modelo SYK han llevado al descubrimiento de modelos más realistas de transiciones de fase cuánticas en superconductores de alta temperatura y otros compuestos. Los avances en la teoría de las transiciones cuánticas de los metales en presencia de impurezas han conducido a una teoría universal de los metales extraños que se aplica a una amplia gama de compuestos electrónicos correlacionados. Estas predicciones [32] [23] se han relacionado con experimentos con grafeno [33] [34] y los superconductores de cuprato . [35] El modelo SYK juega un papel clave en el cálculo de la densidad de estados cuánticos de baja energía de agujeros negros cargados no supersimétricos en 4 dimensiones del espacio-tiempo, [36] [37] y proporciona el sistema hamiltoniano subyacente sobre el cual se avanza en el Se ha basado la curva de página de la entropía de entrelazamiento de los agujeros negros en evaporación. [38]
Sachdev también ha desarrollado la teoría de los líquidos de espín cuántico críticos que presentan fraccionamiento y campos de calibre emergentes, junto con la ausencia de cuasipartículas. Estos líquidos de hilado desempeñan un papel importante en la teoría de los superconductores de cuprato .
PW Anderson propuso [39] que los aisladores de Mott crean antiferromagnetos que podrían formar enlaces de valencia resonantes (RVB) o estados líquidos de espín cuántico con una brecha de energía para hacer girar excitaciones sin romper la simetría de inversión de tiempo. Se conjeturó que tales estados RVB tienen excitaciones con números cuánticos fraccionarios, como un espín fraccionario 1/2. La existencia de tales estados fundamentales RVB y del desconfinamiento de excitaciones fraccionadas fue establecida por primera vez por Read y Sachdev [40] y Wen [41] mediante la conexión con una teoría del calibre Z 2 . Sachdev también fue el primero en demostrar que el estado RVB es una extraña teoría del calibre Z 2 . [42] [43] [44] Un líquido de espín Z 2 impar tiene una carga eléctrica Z 2 de fondo en cada sitio de la red (de manera equivalente, las traslaciones en las direcciones x e y se anticonmutan entre sí en el sector de superselección de estados asociado con un flujo calibre Z 2 (también conocido como sector m )). Sachdev demostró que los antiferromagnetos con espín semientero forman líquidos de espín Z 2 impares , y aquellos con espín entero forman líquidos de espín Z 2 pares. Utilizando esta teoría, se entendieron varias propiedades universales del estado RVB, incluidas las limitaciones de las transformaciones de simetría de las excitaciones de anyon. Sachdev también obtuvo muchos resultados sobre las transiciones de confinamiento del estado RVB, incluidas las restricciones sobre las fases cuánticas próximas y la naturaleza de las transiciones de fase cuántica hacia ellas.
El orden topológico (es decir, degeneraciones del estado fundamental en 2 variedades) y cualquiera de los líquidos de espín cuántico Z 2 son idénticos a los que aparecieron más tarde en el modelo de código tórico soluble , que desempeña un papel clave en la corrección de errores cuánticos en dispositivos qubit.
Los líquidos de espín Z 2 son estados fundamentales de modelos de espín en la red de Kagome , y esto se ha relacionado con experimentos con materiales electrónicos correlacionados y conjuntos de átomos de Rydberg atrapados .
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