به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از روابط عمومی دانشگاه صنعتی شریف، در این مقاله با عنوان «بررسی مدل گراس- نووی دستیده با تقارن آیزینگ در تک‌مخروط دیراک: رهیافت مونته‌کارلوی کوانتومی» آمده است؛ توصیف حالت‌های فازهای مختلف ماده مانند رسانا، عایق فرومغناطیس، عایق آنتی فرومغناطیس و ابررسانا و گذار میان آن‌ها از شالوده‌های فیزیک مدرن است. در این میان، سیستم‌های فرمیونی دیراکی از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند.
مدل دیراک، رفتار یک سیستم فرمیونی شبه‌فلزی را توصیف می‌کند. این سیستم‌ها به علت ساختار خاص خود که به جای سطح گسترده فرمی تنها در یک تکانه خاص امکان برانگیختگی آسان دارند، در برابر برهم‌کنش‌های بین‌ذره‌ای پایدار هستند و خواص شبه‌فلزی خود را تا آستانه مشخصی از شدت برهم‌کنش حفظ می‌کنند.
با افزایش هر چه بیشتر شدت برهم‌کنش میان ذرات، گذار فاز کوانتومی رخ می‌دهد و سیستم به یک ماده عایق تبدیل می‌شود. خواص عایقی که از دل این گذار به دست می‌آید به جزییات سیستم (تعداد مخروط‌های دیراک و بعد فضا-زمانی سیستم) و نوع برهم‌کنش (دافعه یا جاذبه) بستگی دارد. رفتار بحرانی این سیستم‌ها در نقطه‌ی گذار کوانتومی توسط خانواده نظریه‌های گروس- نوو (Gross-Neveu) و ذیل نظریه میدان‌های همدیس توصیف می‌شود.
از کمیت‌های فیزیکی مهم و مورد علاقه که خواص نقطه گذار را تبیین می‌کنند، نماهای بحرانی مختلف برای هر کدام از اعضای خانواده گروس- نوو است. مطالعه خانواده نظریه‌های گروس- نوو و اندازه‌گیری تحلیلی یا آزمایشگاهی نماهای بحرانی آن‌ها مورد توجه پژوهشگران در گرایش‌های مختلف فیزیک است.
یکی از مهم‌ترین اعضای خانواده نظریه‌های گروس- نوو، مربوط به یک تک‌مخروط دیراک سه‌بعدی با برهم‌کنش دافعه کوتاه‌برد میان الکترون‌هاست. در این سیستم، یک گذار فاز کوانتومی میان شبه‌فلز در برهم‌کنش‌های ضعیف و عایق فرومغناطیس در برهم‌کنش‌های قوی انتظار داریم. این سیستم تاکنون توسط چند روش تقریبی به صورت تحلیلی مورد مطالعه قرار گرفته بود.
نتایج این مطالعات برای نماهای بحرانی با هم تطابق ندارند و به ویژه برای نمای بحرانی مربوط به طول هم‌بستگی سیستم اختلاف بزرگی میان نتایج رهیافت‌های مختلف وجود دارد. از طرف دیگر، شبیه‌سازی رایانه‌ای سیستم‌های مشتمل بر تعداد فردی مخروط دیراک همواره چالش‌برانگیز بوده است.
در این پژوهش، نویسندگان این مقاله با الهام از رهیافت ویژه‌ای که توسط یکی از نویسندگان این کار (سید میرابوالحسن واعظی) در مقاله‌ای که چند سال پیش در مجله Science Advances برای شبیه‌سازی تک‌مخروط دیراک معرفی کرده بود، مسأله حاضر را شبیه‌سازی کردند و برای نخستین بار توانستند نماهای بحرانی مختلف سیستم را به صورت دقیق محاسبه کنند و به پرسش‌ها و ابهامات پیرامون مقادیر دقیق آن‌ها پاسخ دهند. این تحقیق و نتایج قابل اتکای آن می‌تواند راهنما و انگیزه‌بخش مطالعات بیشتر برای درک بهتر و عمیق‌تر نقاط قوت و ضعف روش‌های تحلیلی، به ویژه روش محبوب و نسبتاً جوان Conformal Bootstrap باشد.
این تحقیق به سرپرستی واعظی و تیم تحقیقاتی همراهش؛ دکتر سید مجتبی طباطبائی (پژوهشگر پسادکتری)، امیررضا نگاری (فارغ التحصیل دانشکده فیزیک) و همکاری دکتر جوزف ماچیه‌کو (Joseph Maciejko) از دانشگاه آلبرتای کانادا انجام شده و در مجله معتبر Physical Review Letters به چاپ رسیده است. همچنین این مقاله در بخش ویژه و منتخب سردبیران (Editor's Suggestion) این مجله قرار گرفته است.
سوابق علمی و پژوهشی
دکتر سید میرابوالحسن واعظی فارغ‌التحصیل دوره کارشناسی و کارشناسی ارشد از دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف در سال‌های ۸۵ و ۸۶ است. وی دوره دکتری را در دانشگاه MIT و زیر نظر استاد برجسته فیزیک Xiao-Gang Wen شائوگانگ ون، به پژوهش پرداخت و پس از اتمام دوره برای مدت کوتاهی استادیار دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف بود. واعظی پس از آن دوره پسادکتری را در دانشگاه کورنل سپری کرد و جایزه مهم بته «Bethe fellowship» را در همان سال دریافت کرد و به عنوان محقق پسادکتری و محقق مستقل به استنفورد منتقل شد و جایزه بنیاد مور (Moore Foundation) را دریافت کرد. واعظی از سال ۱۳۹۷ در دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف مشغول فعالیت است.
واعظی عضو هیات علمی دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف برگزیده جایزه ابوریحان بیرونی فرهنگستان علوم در سال ۱۴۰۰ است. وی فیزیکدان و متخصص فیزیک ماده چگال است. پژوهش‌های برجسته وی در نظم توپولوژیک در بعدهای متفاوت، ابررساناهای نامتعارف، مغناطش کوانتومی و جایگزیدگی چندذره‌ای مورد توجه جامعه علمی بین‌المللی است. افق پژوهشی وی در جهت بررسی اثر کسری کوانتمی هال و حالات ابررسانای توپولوژیک کسری با دید کاربردی در زمینه محاسبات کوانتومی است.