وقتی صحبت از صدای شلیک به میان می‌آید، فلز عجیب بی‌صدا است - دنیای فیزیک

به گفته محققان در ایالات متحده و اتریش، اندازه گیری های نویز نشان می دهد که یک "فلز عجیب" الکتریسیته را از طریق حامل های بار مجزا هدایت نمی کند. داگ ناتلسون در دانشگاه رایس،  سیلک پاشن در دانشگاه فنی وین و همکارانش سطوح پایین صدای شات را در نانوسیم های ساخته شده از یک فلز عجیب اندازه گیری کردند. کشف آنها می تواند حوزه جدیدی از تحقیقات را در مورد این مواد جذاب باز کند.

از دهه 1950، نظریه فرمی مایع کار بسیار خوبی در توصیف رفتار الکترون های رسانش در اکثر فلزات انجام داده است. طبق این تئوری، جریان های الکتریکی از طریق حرکت شبه ذرات به وجود می آیند، که برانگیختگی جمعی الکترون های رسانایی هستند که بسیار شبیه ذرات رفتار می کنند. یک تشبیه مفید این است که حرکت یک نفر در یک جمعیت شامل حرکت افراد اطراف نیز می شود - که از مسیر خارج می شوند و شکاف های باقی مانده در پی حرکت را پر می کنند.

در نتیجه موفقیت خود، نظریه مایع فرمی عنوان غیررسمی «مدل استاندارد» فلزات معمولی را به خود اختصاص داده است. اما دقیقاً مانند مدل استاندارد فیزیک ذرات، این نظریه دارای محدودیت‌هایی است.

ناتلسون توضیح می‌دهد: «به‌ویژه طی ۴۰ سال گذشته، مشخص شده است که فلزاتی وجود دارند که به نظر می‌رسد با تصویر مایع فرمی مطابقت ندارند و بسیاری از آنها خواص مشابهی دارند.

استدلال های جسورانه

ناتلسون می‌گوید: «بحث‌های زیادی در مورد اینکه آیا تصویری وحدت‌بخش پشت این فلزات عجیب وجود دارد وجود دارد، و برخی استدلال‌های جسورانه پیش‌بینی کرده‌اند که ممکن است شبه ذرات توصیف درستی از جریان بار در آن سیستم‌ها نباشند».

در مطالعه خود، این تیم بررسی کردند که آیا اندازه گیری نویز شلیک در یک فلز عجیب می تواند راهی قابل اعتماد برای آزمایش این ایده ها باشد یا خیر. صدای شات در فلزات معمولی به وجود می آید زیرا جریان توسط شبه ذرات مجزا منتقل می شود. این بدان معنی است که در جریان های کم، نوسانات کوچک در تعداد شبه ذرات منجر به نوسانات در جریان اندازه گیری شده می شود - و این نوسانات نویز شات نامیده می شود.

اگر شبه ذرات واقعاً در فلزات عجیب وجود ندارند، ناتلسون و همکارانش استدلال کردند که نویز شات نیز باید وجود نداشته باشد. برای کشف این ایده، آنها با ترکیب ایتربیوم دیرودیوم دی سیلیسید (YbRh) آزمایش کردند.₂Si₂) که یکی از فلزات عجیب و غریب بسیار مورد مطالعه است.

چرخش های درهم

ناتلسون توضیح می‌دهد: «این سیستم واکنش فلز عجیبی را در انتقال بین دو حالت مایع فرمی متفاوت نشان می‌دهد که هر کدام دارای تعداد حامل‌های بار مؤثر متفاوتی هستند». نزدیک به این مرز، مطالعات قبلی نشان داد که بارهای الکترون عمیقاً با اسپین های خود درگیر می شوند و در نهایت باعث ناپدید شدن شبه ذرات الکترون می شوند.

این تیم از آزمایش‌هایی که برای اولین بار در دهه 1990 انجام شد، الهام گرفتند که نویز شات را در نانوسیم‌های ساخته شده از انواع فلزات معمولی از جمله طلا به دقت اندازه‌گیری کردند. این اندازه‌گیری‌ها با پیش‌بینی‌های نظریه مایع فرمی مطابقت داشت.

در آزمایشات خود، محققان از یک تکنیک ساخت جدید برای مدلسازی YbRh استفاده کردند₂Si₂ نانوسیم ها، و سپس همان روش های اندازه گیری مورد استفاده در مطالعات قبلی را دنبال کردند.

سکوتی بی دلیل

ما متوجه شدیم که نویز در YbRh وجود دارد₂Si₂ ناتلسون توضیح می دهد که سیم ها بسیار پایین تر از سیم های طلایی هستند. از طریق اندازه گیری های دیگر در YbRh طولانی تر₂Si₂ ما نشان دادیم که پراکندگی الکترون-فونون به ظاهر نمی تواند این سرکوب نویز را در این سیستم توضیح دهد.

فلزات عجیب اسرار خود را فاش می کنند

اندازه‌گیری‌های آن‌ها شواهد قوی نشان می‌دهد که شبه ذرات در فلزات عجیبی مانند YbRh وجود ندارند₂Si₂. این موضوع از سوء ظن دیرینه برخی از فیزیکدانان حمایت می کند که نظریه مایع فرمی نمی تواند توصیف کاملی از نحوه رفتار عجیب فلزات ارائه دهد.

ناتلسون می گوید: «این بسیار هیجان انگیز است. اکنون مهم است که آزمایش کنیم تا ببینیم آیا این سر و صدای سرکوب شده در فلزات عجیب دیگر دیده می‌شود یا اینکه می‌توانیم با تنظیم کردن و خارج کردن رژیم فلزی عجیب، بین نویز معمولی و سرکوب‌شده هماهنگ شویم. اگر اینطور باشد، این می‌تواند حوزه جدیدی از تحقیقات هیجان‌انگیز را باز کند - احتمالاً حتی منجر به خانواده‌های جدیدی از فلزات عجیب و غریب شود.

تحقیق در شرح داده شده است علم.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/