Outo metalli on hiljaista laukauskohinassa – Physics World

Yhdysvaltain ja Itävallan tutkijoiden mukaan melumittaukset viittaavat siihen, että "outo metalli" ei johda sähköä erillisten varauskantajien kautta. Doug Natelson Ricen yliopistossa,  Silke Paschen Wienin teknillinen yliopisto ja kollegat ovat mitanneet oudosta metallista valmistetuissa nanolangoissa matalaa laukausmelua. Heidän löytönsä voisi avata uuden tutkimusalueen näille kiehtoville materiaaleille.

1950-luvulta lähtien Fermi-nesteteoria on tehnyt erittäin hyvää työtä kuvaillessaan useimpien metallien johtavuuselektronien käyttäytymistä. Teorian mukaan sähkövirrat syntyvät kvasihiukkasten liikkeestä, jotka ovat johtavuuselektronien kollektiivisia viritteitä, jotka käyttäytyvät paljolti hiukkasten tavoin. Hyödyllinen analogia on, että yhden ihmisen liikkuminen joukossa sisältää myös ympäröivien ihmisten liikkeen – jotka poistuvat tieltä ja täyttävät liikkeen jälkeen jääneet aukot.

Menestyksensä seurauksena Fermi-nesteteoria on ansainnut epävirallisen tittelin tavallisten metallien "standardimalliksi". Mutta aivan kuten hiukkasfysiikan vakiomallilla, teorialla tiedetään olevan rajansa.

"Erityisesti viimeisten 40 vuoden aikana on käynyt selväksi, että on metalleja, jotka eivät näytä sopivan Fermin nestekuvaan, ja monilla niistä on samanlaisia ​​ominaisuuksia", Natelson selittää.

Rohkeita argumentteja

"On paljon keskustelua siitä, onko näiden outojen metallien takana yhdistävä kuva, ja jotkut rohkeat argumentit ovat ennustaneet, että kvasihiukkaset eivät ehkä ole oikea kuvaus varausvirrasta näissä järjestelmissä", Natelson sanoo.

Tutkimuksessaan ryhmä tutki, voisiko laukauksen melun mittaaminen oudosta metallista olla luotettava tapa testata näitä ideoita. Laukauskohinaa esiintyy tavallisissa metalleissa, koska virta kulkee erillisillä kvasihiukkasilla. Tämä tarkoittaa, että pienillä virroilla pienet vaihtelut kvasihiukkasten lukumäärässä johtavat vaihteluihin mitattavassa virrassa – ja näitä vaihteluita kutsutaan laukauskohinaksi.

Jos kvasihiukkaset todellakin puuttuvat oudoista metalleista, Natelson ja kollegat päättelivät, että myös laukauksen melun pitäisi puuttua. Tämän idean tutkimiseksi he kokeilivat yhdistettä ytterbium-dirodiumdisilisidiä (YbRh₂Si₂), joka on yksi laajimmin tutkituista outoista metalleista.

Sotkeutuneita kierroksia

"Tämä järjestelmä näyttää outoa metallireaktiota siirtyessä kahden erilaisen Fermi-nestetilan välillä, joissa kummassakin on erilainen tehollinen määrä varauksenkuljettajia", Natelson selittää. Lähellä tätä rajaa aiemmissa tutkimuksissa havaittiin, että elektronien varaukset sotkeutuvat syvästi spineihinsä, mikä lopulta aiheuttaa elektronien kvasihiukkasten katoamisen.

Ryhmä sai inspiraationsa 1990-luvulla suoritetuista kokeista, joissa mitattiin tarkkaan laukaisumelua erilaisista tavallisista metalleista – mukaan lukien kullasta – valmistetuissa nanolangoissa. Nämä mittaukset vastasivat läheisesti Fermin nesteteorian ennusteita.

Omissa kokeissaan tutkijat käyttivät uutta valmistustekniikkaa YbRh:n muovaamiseen₂Si₂ nanolangat ja seurasivat sitten samoja mittausmenetelmiä, joita käytettiin aiemmissa tutkimuksissa.

Selittämätön hiljaisuus

"Löysimme, että melu YbRh:ssa₂Si₂ on paljon pienempi kuin kultalangoissa”, Natelson selittää. ”Muilla mittauksilla pidemmällä YbRh:lla₂Si₂ johdot, olemme osoittaneet, että elektronien ja fononien sironta ei näytä voi selittää tätä kohinan vaimennusta tässä järjestelmässä.

Outoja metallit paljastavat salaisuutensa

Heidän mittauksensa tarjoavat vahvaa näyttöä siitä, että kvasihiukkaset puuttuvat vieraista metalleista, kuten YbRh₂Si₂. Tämä tukee joidenkin fyysikkojen pitkäaikaisia ​​epäilyksiä siitä, että Fermin nesteteoria ei pysty antamaan täydellistä kuvausta siitä, kuinka omituiset metallit käyttäytyvät.

"Tämä on melko jännittävää", Natelson sanoo. "Nyt on tärkeää testata, näkyykö tämä vaimennettu kohina muissa oudoissa metalleissa vai voimmeko virittää "tavanomaisen" ja vaimennettuun kohinan välillä virittämällä sisään ja pois oudosta metallijärjestelmästä." Jos näin on, tämä voi avata jännittävän uuden tutkimusalueen - mahdollisesti jopa johtaa uusiin eksoottisten metallien perheisiin.

Tutkimusta kuvataan tiede.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/