A furcsa metál halk, ha lövések zajáról van szó – Physics World

Az amerikai és ausztriai kutatók szerint a zajmérések arra utalnak, hogy egy „furcsa fém” nem vezet elektromosságot diszkrét töltéshordozókon keresztül. Doug Natelson a Rice Egyetemen,  Silke Paschen a Bécsi Műszaki Egyetemen és munkatársai alacsony lövészajt mértek furcsa fémből készült nanohuzalokban. Felfedezésük új kutatási területet nyithat ezeknek az érdekes anyagoknak.

Az 1950-es évek óta a Fermi-folyadék elmélet nagyon jó munkát végzett a vezetési elektronok viselkedésének leírásában a legtöbb fémben. Az elmélet szerint az elektromos áramok kvázi részecskék mozgásán keresztül keletkeznek, amelyek vezetési elektronok kollektív gerjesztései, amelyek nagyjából úgy viselkednek, mint a részecskék. Hasznos hasonlat, hogy egy ember mozgása a tömegben magában foglalja a környező emberek mozgását is – akik kitérnek az útból és kitöltik a mozgás nyomán hagyott réseket.

Sikerének eredményeként a Fermi folyadékelmélet elnyerte a közönséges fémek „standard modellje” informális címet. De a részecskefizika standard modelljéhez hasonlóan az elméletnek is ismertek a határai.

„Különösen az elmúlt 40 év során világossá vált, hogy vannak olyan fémek, amelyek nem illenek bele a Fermi folyadék képébe, és sokuk hasonló tulajdonságokkal rendelkezik” – magyarázza Natelson.

Merész érvek

"Sok vita folyik arról, hogy van-e egységes kép ezek mögött a furcsa fémek mögött, és néhány merész érv azt jósolta, hogy a kvázirészecskék nem feltétlenül a megfelelő leírása a töltésáramlásnak ezekben a rendszerekben" - mondja Natelson.

Tanulmányukban a csapat azt vizsgálta, hogy a lövészaj mérése egy furcsa fémben megbízható módszer lehet-e ezen ötletek tesztelésére. Lövészaj fordul elő a közönséges fémekben, mivel az áramot diszkrét kvázirészecskék szállítják. Ez azt jelenti, hogy kis áramerősségnél a kvázirészecskék számának kis ingadozása a mért áram ingadozásához vezet – és ezeket az ingadozásokat lövészajnak nevezik.

Ha a kvázirészecskék valóban hiányoznak a furcsa fémekből, Natelson és munkatársai úgy vélekedtek, hogy a lövészajnak is hiányoznia kell. Ennek az ötletnek a feltárására kísérleteztek az itterbium-diródium-diszilicid vegyülettel (YbRh₂Si₂), amely az egyik legszélesebb körben tanulmányozott furcsa fém.

Összegabalyodott pörgetések

„Ez a rendszer furcsa fémreakciót mutat a két különböző Fermi folyékony halmazállapot közötti átmenetnél, amelyek mindegyike eltérő effektív töltéshordozóval rendelkezik” – magyarázza Natelson. Ennek a határnak a közelében a korábbi tanulmányok azt találták, hogy az elektrontöltések mélyen összegabalyodnak a spinekkel, ami végül az elektronkvázi részecskék eltűnését okozza.

A csapatot az 1990-es években végzett kísérletek inspirálták, amelyek során gondosan mérték a lövészajt különféle közönséges fémekből – köztük aranyból – készült nanohuzalokban. Ezek a mérések szorosan megegyeztek a Fermi folyadékelmélet előrejelzéseivel.

Saját kísérleteikben a kutatók új gyártási technikát alkalmaztak az YbRh kialakítására₂Si₂ nanohuzalokat, majd ugyanazokat a mérési eljárásokat követték, mint a korábbi vizsgálatokban.

Megmagyarázhatatlan csend

„Azt találtuk, hogy a zaj az YbRh-ban₂Si₂ sokkal alacsonyabb, mint az aranyhuzaloknál látható” – magyarázza Natelson. „Más mérésekkel hosszabb YbRh-ban₂Si₂ vezetékekkel, megmutattuk, hogy az elektron-fonon szóródás látszólag nem magyarázza meg ezt a zajelnyomást ebben a rendszerben.”

A furcsa fémek felfedik titkaikat

Méréseik erős bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy a kvázirészecskék hiányoznak az olyan furcsa fémekből, mint az YbRh₂Si₂. Ez alátámasztja egyes fizikusok régóta fennálló gyanúját, miszerint a Fermi folyadékelmélet nem képes teljes leírást adni a furcsa fémek viselkedéséről.

„Ez elég izgalmas” – mondja Natelson. „Most fontos megvizsgálni, hogy ez az elnyomott zaj más furcsa fémeknél is látható-e, vagy a „hagyományos” és az elfojtott zaj között tudunk-e hangolni a furcsa fém rezsimjének be- és kikapcsolásával.” Ha ez a helyzet, akkor ez egy izgalmas új kutatási területet nyithat meg – akár az egzotikus fémek új családjaihoz is vezethet.

A kutatás leírása a Tudomány.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/