El metal extraño es silencioso cuando se trata de ruido de disparo – Physics World

Las mediciones de ruido sugieren que un “metal extraño” no conduce electricidad a través de portadores de carga discretos, según investigadores de Estados Unidos y Austria. David Natelson en la Universidad de Rice,  Silke Paschen En la Universidad Técnica de Viena y sus colegas midieron niveles bajos de ruido de disparo en nanocables hechos de un metal extraño. Su descubrimiento podría abrir una nueva área de investigación sobre estos fascinantes materiales.

Desde la década de 1950, la teoría del líquido de Fermi ha hecho un muy buen trabajo al describir el comportamiento de los electrones de conducción en la mayoría de los metales. Según la teoría, las corrientes eléctricas surgen a través del movimiento de cuasipartículas, que son excitaciones colectivas de electrones de conducción que se comportan de manera muy similar a las partículas. Una analogía útil es que el movimiento de una persona en una multitud también implica el movimiento de las personas que lo rodean, que se apartan del camino y llenan los huecos que quedan tras el movimiento.

Como resultado de su éxito, la teoría del líquido de Fermi se ha ganado el título informal de “modelo estándar” de los metales ordinarios. Pero al igual que el modelo estándar de física de partículas, se sabe que la teoría tiene sus límites.

"En particular, durante los últimos 40 años, ha quedado claro que hay metales que no parecen encajar en el panorama del líquido de Fermi, y muchos de ellos comparten propiedades similares", explica Natelson.

Argumentos audaces

"Hay mucha discusión sobre si existe una imagen unificadora detrás de estos metales extraños, y algunos argumentos audaces han predicho que las cuasipartículas pueden no ser la descripción correcta del flujo de carga en esos sistemas", dice Natelson.

En su estudio, el equipo investigó si medir el ruido de los disparos en un metal extraño podría ser una forma fiable de probar estas ideas. El ruido de disparo se produce en los metales ordinarios porque la corriente es transportada por cuasipartículas discretas. Esto significa que, con corrientes bajas, pequeñas fluctuaciones en el número de cuasipartículas provocan fluctuaciones en la corriente medida, y estas fluctuaciones se denominan ruido de disparo.

Si las cuasipartículas están realmente ausentes en los metales extraños, Natelson y sus colegas razonaron que el ruido de disparo también debería estar ausente. Para explorar esta idea, experimentaron con el compuesto disilicida de iterbio dirhodio (YbRh₂Si₂), que es uno de los metales extraños más estudiados.

Giros entrelazados

"Este sistema muestra una respuesta de metal extraño en la transición entre dos estados líquidos de Fermi diferentes, cada uno con un número efectivo diferente de portadores de carga", explica Natelson. Cerca de este límite, estudios anteriores encontraron que las cargas de los electrones se entrelazan profundamente con sus espines, lo que en última instancia provoca que las cuasipartículas de electrones desaparezcan.

El equipo se inspiró en experimentos realizados por primera vez en la década de 1990, en los que midieron cuidadosamente el ruido de disparo en nanocables fabricados a partir de una variedad de metales comunes, incluido el oro. Estas mediciones coincidieron estrechamente con las predicciones de la teoría del líquido de Fermi.

En sus propios experimentos, los investigadores utilizaron una nueva técnica de fabricación para crear YbRh.₂Si₂ nanocables, y luego siguieron los mismos procedimientos de medición utilizados en los estudios anteriores.

Tranquilidad inexplicable

“Descubrimos que el ruido en YbRh₂Si₂ Los alambres son mucho más bajos que los que se observan en los alambres de oro”, explica Natelson. “A través de otras mediciones en YbRh más largos₂Si₂ cables, hemos demostrado que la dispersión de fonones y electrones aparentemente no puede explicar esta supresión de ruido en este sistema”.

Metales extraños revelan sus secretos

Sus mediciones proporcionan una fuerte evidencia de que las cuasipartículas están ausentes en metales extraños como el YbRh.₂Si₂. Esto respalda las sospechas de algunos físicos de que la teoría del líquido de Fermi no puede proporcionar una descripción completa de cómo se comportan los metales extraños.

"Esto es bastante emocionante", dice Natelson. "Ahora es importante comprobar si este ruido suprimido se ve en otros metales extraños, o si podemos sintonizar entre el ruido 'convencional' y el suprimido sintonizando dentro y fuera del régimen del metal extraño". Si este es el caso, esto podría abrir una nueva e interesante área de investigación, que posiblemente incluso conduzca a nuevas familias de metales exóticos.

La investigación se describe en Ciencia:.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/