Subir Sachdev es profesor de Física Herchel Smith [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 coeditor de la Revisión 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 hecho extensas 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 cuántica . Muchas de estas contribuciones han estado vinculadas a experimentos, especialmente a los ricos diagramas de fase 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 los 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 hecho importantes contribuciones a la investigación teórica sobre 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 numerosas contribuciones fundamentales a la teoría de los sistemas de materia condensada en fuerte interacción. Es pionero en el estudio de sistemas cercanos a transiciones de fase cuántica . 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 múltiples 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 fueron el desarrollo de la teoría de los fenómenos críticos cuánticos en aislantes, superconductores y metales; la teoría de los estados de espín líquido de los antiferroimanes 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 relacionados con Fermi.
por sus contribuciones fundamentales a la teoría de las transiciones de fase cuántica, 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 sistemas de materia condensada en fuerte interacción: transiciones de fase cuántica, incluyendo la idea del desconfinamiento crítico y la ruptura del paradigma Landau-Ginsburg-Wilson basado en la simetría convencional; la predicción de estados exóticos de 'espín-líquido' y fraccionados; y aplicaciones a la teoría de la superconductividad de alta temperatura en los materiales de cuprato.
Sachdev ha realizado avances fundamentales en la teoría de sistemas de materia condensada cerca de una transición de fase cuántica, que han dilucidado la rica variedad de comportamiento estático y dinámico en tales sistemas, tanto a temperaturas finitas como a T = 0. Su libro, Transiciones de fase cuánticas , [11] es el texto básico del 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, Delhi durante un año. Se trasladó al Instituto Tecnológico de Massachusetts , donde recibió una licenciatura en Física. Recibió su doctorado en física teórica de la Universidad de Harvard . Ocupó puestos profesionales en Bell Labs (1985-1987) y en la Universidad de Yale (1987-2005), donde fue profesor de Física, antes de regresar a Harvard, donde ahora es profesor Herchel Smith de Física. También ha ocupado puestos de visita como titular de la Cátedra James Clerk Maxwell de Física Teórica de Cenovus Energy [19] en el Perimeter Institute for Theoretical Physics , y la Cátedra Dr. Homi J. Bhabha [20] en el Tata Institute of Fundamental Research . [ cita requerida ] 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 antiferromagnéticos bidimensionales, introduciendo varias ideas clave en una serie de artículos en 1989-1992. Ha desarrollado la teoría de la criticidad cuántica, elucidando sus implicaciones para las observaciones experimentales en materiales a temperatura distinta de cero. En este contexto, propuso [22] un modelo solucionable de entrelazamiento cuántico complejo en un metal que no tiene ninguna excitación similar a la de partículas: una extensión de esto se llama ahora el modelo Sachdev-Ye-Kitaev (SYK). Estos trabajos han llevado a una teoría de transiciones de fase cuántica en metales en presencia de desorden inducido por impurezas, y 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. Muchas características desconcertantes de la fase "psuedogap" de estos materiales también se resuelven mediante estas teorías. Sachdev fue el primero en proponer una conexión entre la estructura del entrelazamiento cuántico en el modelo SYK y en los agujeros negros [24] , y estas conexiones han llevado a amplios desarrollos en la teoría cuántica de los agujeros negros.
Los ejemplos extremos de entrelazamiento cuántico complejo surgen en estados metálicos de la materia sin excitaciones de cuasipartículas , a menudo llamados metales extraños . Dichos metales están invariablemente presentes en superconductores de temperatura más alta, por encima de las temperaturas de transición más altas para la superconductividad. La metalicidad extraña 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 los metales extraños en los materiales modernos (que se puede estudiar 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 sobre la característica definitoria de un metal extraño: la ausencia de cuasipartículas. En la práctica, dado un estado de materia cuántica, es difícil descartar por completo la existencia de cuasipartículas: si bien se puede confirmar que ciertas perturbaciones no crean excitaciones de cuasipartículas individuales, es casi imposible descartar un operador no local que pudiera crear una cuasipartícula exótica en la que los electrones subyacentes estén enredados de manera no local. Utilizando teorías de transiciones de fase cuántica , Sachdev argumentó [11] [25] en cambio que es mejor examinar qué tan rápido el sistema pierde la coherencia de fase cuántica o alcanza el equilibrio térmico local en respuesta a perturbaciones externas generales. Si existieran cuasipartículas, el desfase tomaría mucho tiempo durante el cual las cuasipartículas excitadas colisionarían entre sí. Por el contrario, los estados sin cuasipartículas alcanzan el equilibrio térmico local en el tiempo más rápido posible, limitado por debajo por un valor de orden ( constante de Planck )/(( constante de Boltzmann ) x ( temperatura absoluta )). [11] Sachdev propuso [22] [26] un modelo solucionable de un metal extraño (una variante del cual ahora se llama modelo Sachdev–Ye–Kitaev (SYK) ), [27] que se demostró que saturaba dicho límite en el tiempo para alcanzar el caos cuántico . [28]
Ahora podemos hacer 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 asigna holográficamente a la física de baja energía de los agujeros negros cargados en 4 dimensiones del espacio-tiempo. También clave para esta conexión fueron los hechos de que en el límite de temperatura cero, los agujeros negros cargados tienen una entropía distinta de cero proporcional al área del horizonte, y el modelo SYK tiene una densidad de entropía distinta de cero. [31] De hecho, el modelo SYK fue el primer modelo en exhibir una densidad de entropía de temperatura cero que no desaparece sin una degeneración del estado fundamental exponencialmente grande, y por eso el mapeo holográfico implica que los agujeros negros cargados comparten esta característica.
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 tamaño grande. [31]
Estos y otros trabajos relacionados sobre criticidad cuántica de Sachdev y colaboradores han llevado a conocimientos valiosos sobre las propiedades de la materia cuántica electrónica y sobre la naturaleza de la radiación de Hawking de los agujeros negros. Los modelos resolubles relacionados con los duales gravitacionales y el modelo SYK han llevado al descubrimiento de modelos más realistas de transiciones de fase cuántica en los superconductores de alta temperatura y otros compuestos. Los avances en la teoría de las transiciones cuánticas en metales en presencia de impurezas han llevado a una teoría universal de metales extraños que se aplica a través de una amplia gama de compuestos electrónicos correlacionados. Tales predicciones [32] [23] se han conectado a experimentos sobre 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 espacio-temporales, [36] [37] y proporciona el sistema hamiltoniano subyacente sobre el cual se han probado los avances en la curva de Page de la entropía de entrelazamiento de agujeros negros en evaporación. [38]
Sachdev también ha desarrollado la teoría de líquidos de espín cuántico críticos que presentan fraccionamiento y campos de calibración emergentes, junto con la ausencia de cuasipartículas. Estos líquidos de espín desempeñan un papel importante en la teoría de los superconductores de cuprato .
PW Anderson propuso [39] que los aisladores Mott producen antiferroimanes que podrían formar enlaces de valencia resonantes (RVB) o estados líquidos de espín cuántico con una brecha de energía para las excitaciones de espín sin romper la simetría de inversión temporal. 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 a una teoría de calibre Z 2 . Sachdev también fue el primero en demostrar que el estado RVB es una teoría de calibre Z 2 impar . [42] [43] [44] Un líquido de espín Z 2 impar tiene una carga eléctrica de fondo Z 2 en cada sitio reticular (equivalentemente, las traslaciones en las direcciones x e y se anticonmutan entre sí en el sector de superselección de estados asociados con un flujo de calibre Z 2 (también conocido como el sector m )). Sachdev demostró que los antiferroimanes con espín medio entero forman líquidos de espín Z 2 impar, y aquellos con espín entero forman líquidos de espín Z 2 par . Usando esta teoría, se entendieron varias propiedades universales del estado RVB, incluyendo restricciones en las transformaciones de simetría de las excitaciones anyon. Sachdev también obtuvo muchos resultados en las transiciones de confinamiento del estado RVB, incluyendo restricciones en las fases cuánticas próximas y la naturaleza de las transiciones de fase cuántica a ellas.
El orden topológico (es decir, las degeneraciones del estado fundamental en 2-variedades) y los anyones de los líquidos de espín cuántico Z 2 son idénticos a los que aparecieron más tarde en el modelo de código tórico resoluble , que desempeña un papel clave en la corrección de errores cuánticos en dispositivos qubit.
Los líquidos de espín Z2 son estados fundamentales de los modelos de espín en la red de Kagome , y esto se ha relacionado con experimentos sobre materiales electrónicos correlacionados y conjuntos de átomos de Rydberg atrapados .
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