Электричество течет, как жидкость, в странных металлах

Нажатие переключателя на любом электрическом устройстве запускает марширующий оркестр заряженных частиц, движущихся в такт напряжению цепи.

Но новое открытие в экзотических материалах, известных как странные металлы, обнаружило, что электричество не работает. не всегда идут в ногу и даже иногда могут истекать кровью, что заставляет физиков подвергать сомнению то, что мы знаем о природе частиц.

Исследование проводилось на нанопроволоках, изготовленных из точного баланса иттербия. , родий и кремний (YbRh₂Si₂).

Проведя серию экспериментов по квантовым измерениям на этих нанопроволоках, исследователи из США и Австрия обнаружили доказательства, которые могут помочь разрешить спор о природе электрических токов в металлах, которые ведут себя нетрадиционным образом.

Обнаружено в конце прошлого века в классе соединений на основе меди, известных не обладая сопротивлением току при относительно высоких температурах, странные металлы при нагревании становятся более устойчивыми к электричеству, как и любой другой металл.

Только делают они это довольно странным образом, увеличивая сопротивление на заданное значение для каждого градуса повышения температуры.

В обычных металлах сопротивление варьируется в зависимости от температуры и выходит на плато, как только материал становится достаточно горячим.

Такой контраст в правилах сопротивления предполагает токи в странных металлах действуют по-другому. По какой-то причине способ, которым несущие заряд частицы в странных металлах взаимодействуют с толканием окружающих частиц, отличается от слалома электронов в обычной полоске провода.

То, что мы можем представить как поток отрицательного -Заряженные сферы, катящиеся по трубке из атомов меди, немного сложнее. В конце концов, электричество — это квантовое явление, характеристики которого согласованы между собой и ведут себя как отдельные единицы, известные как квазичастицы.

Выясняется, объясняют ли одни и те же виды квазичастиц необычное поведение сопротивления странных металлов. вопрос открытый, поскольку некоторые теории и эксперименты предполагают, что такие квазичастицы могут потерять свою целостность при определенных обстоятельствах.

Чтобы выяснить, существует ли устойчивое движение квазичастиц в потоке электронов в странных металлах, исследователи сделали использование явления, называемого дробовым шумом.

Если бы вы могли замедлить время до ползания, фотоны света, излучаемые даже самым точным лазером, взрывались бы и распылялись со всей предсказуемостью шипящего бекона. Этот «шум» является характеристикой квантовой вероятности и может служить мерой детализации зарядов при их прохождении через проводник.

«Идея состоит в том, что если я провожу ток, он состоит группы дискретных носителей заряда, — говорит старший автор Дуг Нательсон, физик из Университета Райса в США.

— Они достигают средней скорости, но иногда они оказываются ближе друг к другу во времени, а иногда они находятся дальше друг от друга».

Команда обнаружила, что в их сверхтонком образце YbRh₂Si₂ был очень высокий дробовой шум. подавляется способами, которые невозможно объяснить типичными взаимодействиями между электронами и их окружением, что позволяет предположить, что квазичастицы, вероятно, не участвовали в этой игре.

Вместо этого заряд был более жидким, чем токи в обычных металлах, и это открытие подтверждает модель, предложенная более 20 лет назад автором Цимяо Си, физиком конденсированного состояния из Университета Райса.

Теория Си о материалах, температура которых приближается к нулю градусов, описывает, как электроны в определенных местах больше не имеют общих характеристик, которые могли бы позволяют им образовывать квазичастицы.

Хотя обычное поведение квазичастиц можно предварительно исключить, команда не совсем уверена в том, какую форму принимает этот «жидкий» ток, и даже можно ли его обнаружить в других странных формах. рецепты металлов.

«Может быть, это свидетельство того, что квазичастицы не являются четко определенными вещами или что их просто нет, и заряд движется более сложным образом. Нам нужно найти правильный словарный запас, чтобы говорить о том, как заряд может перемещаться коллективно», — говорит Нательсон.

Это исследование было опубликовано в журнале Science.