Το περίεργο μέταλλο είναι ήσυχο όταν πρόκειται για θόρυβο - Physics World

Οι μετρήσεις θορύβου υποδηλώνουν ότι ένα «παράξενο μέταλλο» δεν μεταφέρει ηλεκτρισμό μέσω διακριτών φορέων φόρτισης, σύμφωνα με ερευνητές στις ΗΠΑ και την Αυστρία. Νταγκ Νάτελσον στο Πανεπιστήμιο Rice,  Silke Paschen στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης και οι συνεργάτες του έχουν μετρήσει χαμηλά επίπεδα θορύβου πυροβολισμού σε νανοσύρματα από ένα περίεργο μέταλλο. Η ανακάλυψή τους θα μπορούσε να ανοίξει μια νέα περιοχή έρευνας σε αυτά τα ενδιαφέροντα υλικά.

Από τη δεκαετία του 1950, η θεωρία του Φέρμι-υγρού έχει κάνει πολύ καλή δουλειά στην περιγραφή της συμπεριφοράς των ηλεκτρονίων αγωγιμότητας στα περισσότερα μέταλλα. Σύμφωνα με τη θεωρία, τα ηλεκτρικά ρεύματα προκύπτουν μέσω της κίνησης οιονεί σωματιδίων, τα οποία είναι συλλογικές διεγέρσεις ηλεκτρονίων αγωγιμότητας που συμπεριφέρονται σαν σωματίδια. Μια χρήσιμη αναλογία είναι ότι η κίνηση ενός ατόμου σε ένα πλήθος περιλαμβάνει επίσης την κίνηση των γύρω ανθρώπων – που ξεφεύγουν από το δρόμο και συμπληρώνουν τα κενά που αφήνονται στον απόηχο της κίνησης.

Ως αποτέλεσμα της επιτυχίας της, η υγρή θεωρία Fermi κέρδισε τον άτυπο τίτλο του «τυποποιημένου μοντέλου» των συνηθισμένων μετάλλων. Αλλά όπως το Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής των Σωματιδίων, η θεωρία είναι γνωστό ότι έχει τα όριά της.

«Τα τελευταία 40 χρόνια συγκεκριμένα, έχει γίνει σαφές ότι υπάρχουν μέταλλα που δεν φαίνονται να ταιριάζουν με την εικόνα του υγρού Fermi και πολλά από αυτά έχουν παρόμοιες ιδιότητες», εξηγεί ο Natelson.

Τολμηρά επιχειρήματα

«Υπάρχει πολλή συζήτηση για το αν υπάρχει μια ενοποιητική εικόνα πίσω από αυτά τα περίεργα μέταλλα και ορισμένα τολμηρά επιχειρήματα έχουν προβλέψει ότι τα οιονεί σωματίδια μπορεί να μην είναι η σωστή περιγραφή της ροής φορτίου σε αυτά τα συστήματα», λέει ο Natelson.

Στη μελέτη τους, η ομάδα διερεύνησε εάν η μέτρηση του θορύβου πυροβολισμού σε ένα περίεργο μέταλλο θα μπορούσε να είναι ένας αξιόπιστος τρόπος για να δοκιμάσει αυτές τις ιδέες. Ο θόρυβος βολής εμφανίζεται στα συνηθισμένα μέταλλα επειδή το ρεύμα μεταφέρεται από διακριτά οιονεί σωματίδια. Αυτό σημαίνει ότι σε χαμηλά ρεύματα, μικρές διακυμάνσεις στον αριθμό των οιονεί σωματιδίων οδηγούν σε διακυμάνσεις στο μετρούμενο ρεύμα – και αυτές οι διακυμάνσεις ονομάζονται θόρυβος βολής.

Εάν όντως απουσιάζουν οιονεί σωματίδια από περίεργα μέταλλα, ο Natelson και οι συνεργάτες του υποστήριξαν ότι ο θόρυβος βολής θα πρέπει επίσης να απουσιάζει. Για να εξερευνήσουν αυτή την ιδέα, πειραματίστηκαν με την ένωση διπυριτικό διρρόδιο υττέρβιο (YbRh₂Si₂), που είναι ένα από τα πιο ευρέως μελετημένα περίεργα μέταλλα.

Μπλεγμένες περιστροφές

«Αυτό το σύστημα δείχνει απόκριση περίεργου μετάλλου στη μετάβαση μεταξύ δύο διαφορετικών υγρών καταστάσεων Fermi, η καθεμία με διαφορετικό αποτελεσματικό αριθμό φορέων φορτίου», εξηγεί ο Natelson. Κοντά σε αυτό το όριο, προηγούμενες μελέτες βρήκαν ότι τα φορτία ηλεκτρονίων μπλέκονται βαθιά με τα σπιν τους, προκαλώντας τελικά την εξαφάνιση των οιονεί σωματιδίων ηλεκτρονίων.

Η ομάδα εμπνεύστηκε από πειράματα που πραγματοποιήθηκαν για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1990, τα οποία μέτρησαν προσεκτικά τον θόρυβο πυροβολισμού σε νανοσύρματα κατασκευασμένα από μια ποικιλία συνηθισμένων μετάλλων - συμπεριλαμβανομένου του χρυσού. Αυτές οι μετρήσεις ταίριαζαν πολύ με τις προβλέψεις της θεωρίας του υγρού Fermi.

Στα δικά τους πειράματα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια νέα τεχνική κατασκευής για να διαμορφώσουν το YbRh₂Si₂ νανοσύρματα, και στη συνέχεια ακολούθησαν τις ίδιες διαδικασίες μέτρησης που χρησιμοποιήθηκαν στις προηγούμενες μελέτες.

Ανεξήγητη ησυχία

«Βρήκαμε ότι ο θόρυβος στο YbRh₂Si₂ τα καλώδια είναι πολύ χαμηλότερα από αυτά που παρατηρούνται στα χρυσά σύρματα», εξηγεί ο Natelson. «Μέσω άλλων μετρήσεων σε μεγαλύτερο YbRh₂Si₂ σύρματα, δείξαμε ότι η σκέδαση ηλεκτρονίων-φωνονίων φαινομενικά δεν μπορεί να εξηγήσει αυτή την καταστολή θορύβου σε αυτό το σύστημα».

Τα περίεργα μέταλλα αποκαλύπτουν τα μυστικά τους

Οι μετρήσεις τους παρέχουν ισχυρές ενδείξεις ότι τα οιονεί σωματίδια απουσιάζουν από περίεργα μέταλλα όπως το YbRh₂Si₂. Αυτό υποστηρίζει τις μακροχρόνιες υποψίες ορισμένων φυσικών ότι η υγρή θεωρία Fermi δεν μπορεί να δώσει μια πλήρη περιγραφή του πώς συμπεριφέρονται τα παράξενα μέταλλα.

«Αυτό είναι αρκετά συναρπαστικό», λέει ο Natelson. «Είναι σημαντικό τώρα να δοκιμάσουμε για να δούμε αν αυτός ο κατασταλμένος θόρυβος φαίνεται σε άλλα περίεργα μέταλλα ή αν μπορούμε να συντονιστούμε μεταξύ του «συμβατικού» και του κατασταλμένου θορύβου συντονίζοντας μέσα και έξω από το περίεργο σύστημα μετάλλων». Εάν συμβαίνει αυτό, αυτό θα μπορούσε να ανοίξει μια συναρπαστική νέα περιοχή έρευνας – πιθανώς ακόμη και να οδηγήσει σε νέες οικογένειες εξωτικών μετάλλων.

Η έρευνα περιγράφεται στο Επιστήμη.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/