Il metallo strano è silenzioso quando si tratta di rumore di sparo – Physics World

Secondo ricercatori statunitensi e austriaci, le misurazioni del rumore suggeriscono che un “metallo strano” non conduce elettricità attraverso portatori di carica distinti. Doug Natelson alla Rice University,  Silke Pasqua dell'Università Tecnica di Vienna e colleghi hanno misurato bassi livelli di rumore di sparo in nanofili costituiti da uno strano metallo. La loro scoperta potrebbe aprire una nuova area di ricerca su questi materiali intriganti.

Sin dagli anni ’1950, la teoria del fermi-liquido ha svolto un ottimo lavoro nel descrivere il comportamento degli elettroni di conduzione nella maggior parte dei metalli. Secondo la teoria, le correnti elettriche nascono attraverso il movimento di quasiparticelle, che sono eccitazioni collettive di elettroni di conduzione che si comportano in modo molto simile alle particelle. Un’analogia utile è che il movimento di una persona in mezzo alla folla coinvolge anche il movimento delle persone circostanti, che si tolgono di mezzo e riempiono gli spazi vuoti lasciati dalla scia del movimento.

Come risultato del suo successo, la teoria dei liquidi di Fermi si è guadagnata il titolo informale di “modello standard” dei metalli comuni. Ma proprio come il Modello Standard della fisica delle particelle, è noto che la teoria ha i suoi limiti.

"Nel corso degli ultimi 40 anni, in particolare, è diventato chiaro che ci sono metalli che non sembrano adattarsi al quadro del liquido Fermi, e molti di loro condividono proprietà simili", spiega Natelson.

Argomentazioni audaci

"Si discute molto se esista un quadro unificante dietro questi strani metalli, e alcune argomentazioni audaci hanno previsto che le quasiparticelle potrebbero non essere la descrizione corretta del flusso di carica in quei sistemi", afferma Natelson.

Nel loro studio, il team ha indagato se la misurazione del rumore dei colpi in uno strano metallo potesse essere un modo affidabile per testare queste idee. Il rumore di sparo si verifica nei metalli comuni perché la corrente è trasportata da quasiparticelle discrete. Ciò significa che a correnti basse, piccole fluttuazioni nel numero di quasiparticelle portano a fluttuazioni nella corrente misurata – e queste fluttuazioni sono chiamate rumore di sparo.

Se le quasiparticelle sono effettivamente assenti nei metalli strani, Natelson e colleghi hanno pensato che anche il rumore dello sparo dovrebbe essere assente. Per esplorare questa idea, hanno sperimentato il composto disiliciuro di itterbio dirodio (YbRh₂Si₂), che è uno dei metalli strani più studiati.

Giri aggrovigliati

"Questo sistema mostra una risposta del metallo strano alla transizione tra due diversi stati liquidi di Fermi, ciascuno con un diverso numero effettivo di portatori di carica", spiega Natelson. Vicino a questo confine, studi precedenti avevano scoperto che le cariche elettroniche si intrecciano profondamente con i loro spin, provocando infine la scomparsa delle quasiparticelle elettroniche.

Il team è stato ispirato da esperimenti eseguiti per la prima volta negli anni ’1990, che misuravano attentamente il rumore dello sparo in nanofili costituiti da una varietà di metalli comuni, compreso l’oro. Queste misurazioni corrispondevano strettamente alle previsioni della teoria del liquido di Fermi.

Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato una nuova tecnica di fabbricazione per modellare YbRh₂Si₂ nanofili, e poi hanno seguito le stesse procedure di misurazione utilizzate negli studi precedenti.

Silenzio inspiegabile

“Abbiamo scoperto che il rumore in YbRh₂Si₂ è molto inferiore a quello osservato nei fili d’oro”, spiega Natelson. “Attraverso altre misurazioni in YbRh più lungo₂Si₂ fili, abbiamo dimostrato che la diffusione elettrone-fonone apparentemente non può spiegare questa soppressione del rumore in questo sistema”.

Strani metalli rivelano i loro segreti

Le loro misurazioni forniscono una prova evidente dell’assenza di quasiparticelle in metalli strani come YbRh₂Si₂. Ciò supporta i sospetti di lunga data di alcuni fisici secondo cui la teoria del liquido di Fermi non può fornire una descrizione completa di come si comportano i metalli strani.

"Questo è piuttosto emozionante", dice Natelson. "Ora è importante verificare se questo rumore soppresso è presente in altri metalli strani, o se possiamo sintonizzarci tra rumore 'convenzionale' e rumore soppresso sintonizzandoci dentro e fuori il regime del metallo strano." Se così fosse, si potrebbe aprire una nuova ed entusiasmante area di ricerca, che potrebbe addirittura portare alla creazione di nuove famiglie di metalli esotici.

La ricerca è descritta in Scienze.

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