מתכת מוזרה שקטה בכל הנוגע לרעש זריקות - Physics World

מדידות רעש מצביעות על כך ש"מתכת מוזרה" אינה מוליכה חשמל דרך נושאי מטען בדידים, על פי חוקרים בארה"ב ואוסטריה. דאג נטלסון באוניברסיטת רייס,  סילקה פאשן באוניברסיטה הטכנית של וינה ועמיתיו מדדו רמות נמוכות של רעש ירי בננו-חוטים העשויים ממתכת מוזרה. הגילוי שלהם יכול לפתוח תחום חדש של מחקר על החומרים המסקרנים הללו.

מאז שנות ה-1950, תיאוריית הפרמי-נוזל עשתה עבודה טובה מאוד בתיאור התנהגותם של אלקטרוני ההולכה ברוב המתכות. לפי התיאוריה, זרמים חשמליים נוצרים באמצעות תנועה של קוואזי-חלקיקים, שהם עירורים קולקטיביים של אלקטרוני הולכה שמתנהגים בדומה לחלקיקים. אנלוגיה שימושית היא שתנועה של אדם אחד בקהל כרוכה גם בתנועה של אנשים מסביב - שיוצאים מהדרך וממלאים פערים שנותרו בעקבות התנועה.

כתוצאה מהצלחתה, תורת הנוזל של פרמי זכתה בתואר הבלתי פורמלי של "המודל הסטנדרטי" של מתכות רגילות. אבל בדומה למודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים, ידוע שיש לתיאוריה את הגבולות שלה.

"במהלך 40 השנים האחרונות בפרט, התברר שיש מתכות שנראות שלא מתאימות לתמונת הנוזל של פרמי, ורבות מהן חולקות תכונות דומות", מסביר נטלסון.

טיעונים נועזים

"יש הרבה דיונים בשאלה האם יש תמונה מאחדת מאחורי המתכות המוזרות האלה, וכמה טיעונים נועזים חזו שקוואזי-חלקיקים עשויים שלא להיות התיאור הנכון של זרימת המטען במערכות האלה", אומר נטלסון.

במחקר שלהם, הצוות חקר האם מדידת רעש זריקה במתכת מוזרה יכולה להיות דרך אמינה לבדוק את הרעיונות הללו. רעש ירי מתרחש במתכות רגילות מכיוון שהזרם נישא על ידי קוואזי-חלקיקים נפרדים. המשמעות היא שבזרמים נמוכים, תנודות קטנות במספר הקוואזי-חלקיקים מובילות לתנודות בזרם הנמדד - ותנודות אלו נקראות רעש זריקה.

אם קוואזי-חלקיקים אכן נעדרים ממתכות מוזרות, נטלסון ועמיתיו טענו שגם רעש ירייה צריך להיעדר. כדי לחקור את הרעיון הזה, הם ערכו ניסויים בתרכובת ytterbium dirhodium disilicid (YbRh₂Si₂), שהיא אחת המתכות המוזרות הנחקרות ביותר.

סיבובים סבוכים

"מערכת זו מציגה תגובה מוזרה-מתכתית במעבר בין שני מצבי פרמי נוזליים שונים, שלכל אחד מהם מספר יעיל שונה של נושאי מטען", מסביר נטלסון. קרוב לגבול זה, מחקרים קודמים מצאו כי מטענים אלקטרונים מסתבכים עמוק עם הספינים שלהם, ובסופו של דבר גורמים לקוואזי-חלקיקי אלקטרונים להיעלם.

הצוות קיבל השראה מניסויים שבוצעו לראשונה בשנות ה-1990, אשר מדדו בקפידה רעש ירי בננו-חוטים עשויים ממגוון מתכות רגילות - כולל זהב. מדידות אלה תאמו היטב את התחזיות של תורת הנוזל של פרמי.

בניסויים שלהם, החוקרים השתמשו בטכניקת ייצור חדשה לעיצוב YbRh₂Si₂ ננו-חוטים, ולאחר מכן עקבו אחר אותם נהלי מדידה ששימשו במחקרים הקודמים.

שקט בלתי מוסבר

"גילינו שהרעש ב-YbRh₂Si₂ החוטים נמוכים בהרבה מזה שרואים בחוטי זהב", מסביר נטלסון. "דרך מדידות אחרות ב-YbRh ארוך יותר₂Si₂ חוטים, הראינו שפיזור אלקטרונים-פונון לכאורה אינו יכול להסביר את דיכוי הרעש הזה במערכת זו."

מתכות מוזרות חושפות את סודותיהן

המדידות שלהם מספקות עדות חזקה לכך שקוואזי-חלקיקים נעדרים ממתכות מוזרות כמו YbRh₂Si₂. זה תומך בחשדות ארוכי השנים של כמה פיזיקאים שתיאוריית הנוזל של פרמי לא יכולה לספק תיאור מלא של איך מתכות מוזרות מתנהגות.

"זה די מרגש", אומר נטלסון. "חשוב כעת לבדוק האם הרעש המדוכא הזה נראה במתכות מוזרות אחרות, או שמא נוכל לכוון בין רעש 'קונבנציונלי' לרעש מדוכא על ידי כוונון פנימה והחוצה של משטר המתכת המוזר." אם זה המקרה, זה יכול לפתוח תחום מחקר חדש ומלהיב - אולי אפילו יוביל למשפחות חדשות של מתכות אקזוטיות.

המחקר מתואר ב מדע.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/