Шон Э. Барретт (физик)

Шон Эрик Барретт — американский физик-экспериментатор в области физики конденсированного состояния, профессор физики и прикладной физики в Йельском университете. Известен работами по применению методов ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для изучения физики квантового эффекта Холла, включая одни из первых экспериментальных свидетельств существования скирмионов в квантовых ямах, а также вкладом в магнитно-резонансную томографию (МРТ) твёрдых тел, дискретные временные кристаллы и алгоритмы реконструкции данных при разреженной выборке.

Образование и карьера[править | править код]

Барретт получил степень доктора философии по физике в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне в 1992 году, где учился под руководством Чарльза П. Слихтера. Затем он занимал постдокторскую позицию в лабораториях Bell компании AT&T. Является членом Йельского квантового института и Йельской программы по физике, инженерии и биологии.

Барретт занимал должности директора по бакалаврским программам и декана по программам для аспирантов на физическом факультете Йеля. В 1996 году он стал доцентом, а в 2002 году — профессором физики в Йельском университете. В 2009 году он также получил звание профессора прикладной физики в Йельской школе инженерии и прикладных наук.

Научные исследования[править | править код]

Квантовый эффект Холла и скирмионы[править | править код]

В 1995 году, будучи постдоком в Bell Labs, Барретт провёл первые эксперименты по оптически детектируемому ядерному магнитному резонансу (ODNMR) на двумерных электронных системах в условиях квантового эффекта Холла. Эти исследования, опубликованные в журнале Physical Review Letters, предоставили доказательства существования скирмионов — топологических спиновых текстур — вблизи фактора заполнения ν = 1. Эта работа широко цитируется в исследованиях квантового холловского ферромагнетизма и топологических спиновых текстур.

Последующие работы группы Барретта в Йеле с использованием ODNMR предоставили спектроскопические свидетельства локализации скирмионов вблизи ν = 1 при низких температурах и установили новые экспериментальные ограничения на описание состояния ν = 1/2 в рамках модели композитных фермионов.

Спиновые эхо в дипольных твёрдых телах[править | править код]

Группа Барретта обнаружила неожиданные спиновые эхо, генерируемые сильными π-импульсами в дипольных твёрдых телах, таких как кремний, что выявило эффекты внутренней когерентности, возникающие из-за внутренней структуры жёстких импульсов. Это направление исследований привело к разработке метода сужения линии «квадратичного эха», который значительно сужает широкий спектр ЯМР твёрдых тел и имеет применение в МРТ.

МРТ твёрдых тел[править | править код]

Основываясь на технике квадратичного эха, Барретт и его коллеги продемонстрировали трёхмерную МРТ на ядрах фосфора-31 для твёрдых и мягких тел, включая экс-виво образцы костной и мягкой тканей, опубликовав результаты в Proceedings of the National Academy of Sciences в 2012 году. Эта работа показала практический подход к МРТ твёрдых тел, который долгое время был ограничен широкими линиями спектров ЯМР в твёрдом состоянии.

Дискретные временные кристаллы[править | править код]

В 2018 году группа Барретта наблюдала признаки дискретного временного кристалла с помощью ЯМР в упорядоченном кристалле моноаммонийфосфата, о чём сообщалось в Physical Review Letters и Physical Review B. Это было второе известное наблюдение признаков ДВК в твёрдом теле, и результат оказался значимым, поскольку он был получен в упорядоченном пространственном кристалле, что бросило вызов преобладавшему предположению о необходимости неупорядоченности (через многочастичную локализацию) для образования ДВК. Группа также продемонстрировала новое «эхо ДВК», которое выявило скрытую когерентность в управляемой системе. Результаты были отмечены Американским физическим обществом и освещены в Yale News и других СМИ.

Разреженная выборка и спектральная реконструкция[править | править код]

Группа Барретта разработала алгоритмы для ускорения многомерных экспериментов ЯМР и МРТ с использованием итерированных отображений и методов разреженной выборки, позволяющие ускорить сбор данных без потери спектральной точности. Эти методы находят применение как в физике, так и в химии, включая междисциплинарное сотрудничество с группами ЯМР в Йеле и на международном уровне с Институтом Вейцмана.

Студенты и наставничество[править | править код]

Барретт подготовил множество аспирантов и студентов в Йеле. Среди известных бывших студентов:

Джаред Ровни (доктор философии, 2019), ведущий автор исследований дискретных временных кристаллов. Ровни получил стипендию для аспирантов имени Д. Аллана Бромли по физике (2018–2019) и Премиальную стипендию за преподавание в Йеле (2013–2014), которая описывается как высшая награда, присуждаемая Йелем своим аспирантам. Впоследствии он занимал постдокторские позиции в Йеле и в качестве стипендиата Принстонского квантового института в Принстонском университете.
Мередит А. Фрей (доктор философии, 2013), ведущий автор статьи в PNAS, демонстрирующей МРТ твёрдых тел на фосфоре-31. Фрей получила стипендию для аспирантов имени Д. Аллана Бромли (2010–2011) и в настоящее время является профессором физики в колледже Сары Лоуренс.
Роберт Блум, соавтор работ по временным кристаллам и итерированным отображениям, получил стипендию для аспирантов Национального научного фонда в 2014 году.

Бывший студент-исследователь Джон Д. Мюррей (бакалавр физики и математики, Йель, 2006), соавтор публикаций по спиновому эху с группой Барретта, был включён в список Forbes «30 до 30» в категории «Наука и здравоохранение» и в настоящее время является адъюнкт-профессором психологических и мозговых наук имени Грегга Л. Энглса в Дартмутском колледже.

Финансирование[править | править код]

Исследования Барретта поддерживались Национальным научным фондом (NSF). Он был главным исследователем по гранту программы NSF Major Research Instrumentation Program на создание уникальной системы ЯМР, сочетающей сверхпроводящий магнит с широким отверстием на 15,8 Тесла с криостатами сверхнизких температур, что позволило проводить эксперименты в области физики, материаловедения и биологии в Йеле и Колумбийском университете. Он также был соисследователем по гранту Focused Research Group, финансируемому NSF, на создание Центра квантовой информационной физики в Йеле, который поддерживал исследования в области сверхпроводящих кубитов, молекулярных кубитов и квантовой информации на основе ЯМР.

Избранные публикации[править | править код]

Внешние ссылки[править | править код]

Страница на сайте Йельского университета
Страница на сайте физического факультета Йеля
Страница на сайте Школы инженерии и прикладных наук Йеля

Ссылки[править | править код]