المعدن الغريب هادئ عندما يتعلق الأمر بضوضاء الطلقات – عالم الفيزياء

تشير قياسات الضوضاء إلى أن "معدنًا غريبًا" لا يوصل الكهرباء عبر ناقلات شحن منفصلة، ​​وفقًا لباحثين في الولايات المتحدة والنمسا. دوج ناتيلسون في جامعة رايس،  سيلك باشن قام وزملاؤه في الجامعة التقنية في فيينا بقياس مستويات منخفضة من ضوضاء الطلقات في أسلاك نانوية مصنوعة من معدن غريب. يمكن أن يفتح اكتشافهم مجالًا جديدًا للبحث في هذه المواد المثيرة للاهتمام.

منذ خمسينيات القرن العشرين، قامت نظرية فيرمي السائل بعمل جيد جدًا في وصف سلوك إلكترونات التوصيل في معظم المعادن. ووفقا لهذه النظرية، تنشأ التيارات الكهربائية من خلال حركة أشباه الجسيمات، وهي عبارة عن إثارة جماعية لإلكترونات التوصيل التي تتصرف مثل الجسيمات إلى حد كبير. التشبيه المفيد هو أن حركة شخص واحد في حشد من الناس تتضمن أيضًا حركة الأشخاص المحيطين بهم - الذين يبتعدون عن الطريق ويملأون الفجوات المتبقية في أعقاب الحركة.

ونتيجة لنجاحها، اكتسبت نظرية فيرمي السائلة اللقب غير الرسمي "النموذج القياسي" للمعادن العادية. ولكن مثل النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، فمن المعروف أن النظرية لها حدودها.

يشرح ناتلسون: "على مدى الأربعين سنة الماضية على وجه الخصوص، أصبح من الواضح أن هناك معادن لا يبدو أنها تتناسب مع صورة فيرمي السائلة، والعديد منها يشترك في خصائص مماثلة".

الحجج الجريئة

يقول ناتلسون: "هناك الكثير من النقاش حول ما إذا كانت هناك صورة موحدة وراء هذه المعادن الغريبة، وقد تنبأت بعض الحجج الجريئة بأن أشباه الجسيمات قد لا تكون الوصف الصحيح لتدفق الشحنة في تلك الأنظمة".

في دراستهم، قام الفريق بالتحقيق فيما إذا كان قياس ضجيج الطلقة في معدن غريب يمكن أن يكون طريقة موثوقة لاختبار هذه الأفكار. تحدث ضوضاء الطلقة في المعادن العادية لأن التيار يتم بواسطة أشباه الجسيمات المنفصلة. وهذا يعني أنه عند التيارات المنخفضة، تؤدي التقلبات الصغيرة في عدد أشباه الجسيمات إلى تقلبات في التيار المقاس - وتسمى هذه التقلبات بضوضاء الطلقة.

إذا كانت أشباه الجسيمات غائبة بالفعل عن المعادن الغريبة، فقد رأى ناتلسون وزملاؤه أن ضجيج الطلقة يجب أن يكون غائبًا أيضًا. لاستكشاف هذه الفكرة، قاموا بتجربة مركب الإيتربيوم ديرهوديوم ديسيليد (YbRh)₂Si₂)، وهو أحد أكثر المعادن الغريبة التي تمت دراستها على نطاق واسع.

يدور متشابكا

يوضح ناتلسون: "يُظهر هذا النظام استجابة معدنية غريبة عند الانتقال بين حالتين سائلتين مختلفتين فيرمي، ولكل منهما عدد فعال مختلف من حاملات الشحنة". بالقرب من هذه الحدود، وجدت دراسات سابقة أن شحنات الإلكترون تصبح متشابكة بعمق مع دورانها، مما يؤدي في النهاية إلى اختفاء أشباه جسيمات الإلكترون.

وقد استلهم الفريق من التجارب التي أجريت لأول مرة في التسعينيات، والتي قامت بقياس ضجيج الطلقات بعناية في الأسلاك النانوية المصنوعة من مجموعة متنوعة من المعادن العادية - بما في ذلك الذهب. تطابقت هذه القياسات بشكل وثيق مع تنبؤات نظرية فيرمي السائلة.

وفي تجاربهم الخاصة، استخدم الباحثون تقنية تصنيع جديدة لتشكيل YbRh₂Si₂ الأسلاك النانوية، ومن ثم اتبعت نفس إجراءات القياس المستخدمة في الدراسات السابقة.

هدوء غير مبرر

"لقد وجدنا أن الضوضاء في YbRh₂Si₂ يوضح ناتلسون أن الأسلاك أقل بكثير من تلك الموجودة في الأسلاك الذهبية. "من خلال قياسات أخرى في YbRh الأطول₂Si₂ الأسلاك، لقد أظهرنا أن تشتت الإلكترون-فونون لا يمكن أن يفسر على ما يبدو قمع الضوضاء في هذا النظام.

معادن غريبة تكشف أسرارها

توفر قياساتهم دليلًا قويًا على أن أشباه الجسيمات غائبة عن المعادن الغريبة مثل YbRh₂Si₂. وهذا يدعم الشكوك القديمة لدى بعض الفيزيائيين بأن نظرية السائل فيرمي لا يمكنها تقديم وصف كامل لكيفية تصرف المعادن الغريبة.

يقول ناتلسون: "هذا أمر مثير للغاية". "من المهم الآن اختبار ما إذا كانت هذه الضوضاء المكبوتة تُرى في معادن غريبة أخرى، أو ما إذا كان بإمكاننا الضبط بين الضوضاء "التقليدية" والضوضاء المكبوتة من خلال ضبط النظام المعدني الغريب والخروج منه." إذا كان هذا هو الحال، فقد يفتح هذا مجالًا جديدًا ومثيرًا للبحث، وربما يؤدي أيضًا إلى ظهور عائلات جديدة من المعادن الغريبة.

تم وصف البحث في علوم.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/