奇妙な金属に関する最初の普遍理論は、なぜそれらが非常に奇妙な振る舞いをするのか、たとえば、なぜ金や銅などの普通の金属よりも電子の流れに抵抗するのかを説明するのに役立つかもしれません。 ニューヨーク市のフラットアイアン研究所とハーバード大学(いずれも米国)の研究者らによって開発されたこの新しい理論は、奇妙な金属のXNUMXつの特性、つまり電子の量子もつれと原子の不均一な配置を考慮に入れている。 この研究により、高温超伝導体やその他の相関量子材料についての理解が進む可能性があります。
奇妙な金属は金属と絶縁体の間に存在し、その電子の特異な振る舞いからその名前が付けられました。 相互作用や抵抗がほとんどなく自由に移動する通常の金属内の電子とは異なり、奇妙な金属内の電子はゆっくりと制限された方法で移動します。 奇妙な金属内の電子も、量子力学の基本法則が許す最速の速度で、過去の位置の「記憶」を失います。
さらに奇妙なことに、研究者らは最近、1987年に発見された銅酸化物(酸化銅)高温超伝導体には、超伝導相だけでなく奇妙な金属相も含まれていることを知った。 この奇妙な相は、酸化銅層に正孔が高濃度にドープされたときに発生し、電子を独立した量子粒子として扱い、電子間の量子もつれをほとんど無視する従来の理論では説明できないため、物理学者を困惑させている。
多電子もつれと無秩序の間の微妙な相互作用
「この奇妙な相を理解することは、高温超伝導のいかなる理論においても必要な要素であり、過去数十年間、この方向に多くの努力が費やされてきました。」 スビル・サチデフ of ハーバード大学、と一緒に新しい研究を共同で主導した アーヴィシュカール・パテル フラットアイアン研究所さん 計算量子物理学センター (CCQ)。 「私たちは論文で、既存の観察と一致し、多電子のもつれと不純物の存在によりすべての結晶に存在する無秩序との間の微妙な相互作用を強調する新しい理論を提案します。」
奇妙な金属のレイアウトの不規則さは、その電子のもつれの性質が、材料内のどこで電子のもつれが起こるかに大きく依存することを意味すると、Sachdev氏は付け加えた。 この不均一性により、電子が材料中を伝播して相互に相互作用する際の運動量にランダム性が加わります。 その結果、電子は一緒に流れるのではなく、あらゆる方向に衝突し、互いに押し合い、電気抵抗が発生します。 また、材料の温度が上昇すると電子がより頻繁に衝突するため、電気抵抗は温度に比例して増加します。
より現実的なモデル
このもつれと不均一性の相互作用は、これまでどの資料でも実験的に記録されたことはありませんでしたが、パテル氏は、少なくとも後から考えると、これは非常に単純な概念であると述べています。
「最初のアイデアは、現在サハデブ・イェー・キタエフ・モデルと呼ばれるもの(のバリエーション)で1993年に私が提案したものでした」とサハデフ氏は語る。 物理学の世界。 「これは、電流が個々の電子を介さずにもつれ合った『量子スープ』内を流れる状態で、量子のもつれと無秩序の間の相互作用を研究できるようにする、シンプルで解決可能なおもちゃのモデルです。」
それ以来、研究者たちは、実験家と理論家の両方、特にフラットアイアン社との協力を通じて、このおもちゃのモデルをより現実的にする方法を検討してきました。 アントワーヌ・ジョルジュ および オリヴィエ・パーコレット。 「途中で何度も道を誤った後、最終的に、現在の研究で説明されている一般化に行き着きました。これについては、次の記事で詳しく説明します。 科学パンデミック期間中に共著者と長時間議論していた」とサッチデフ氏は言う。
「消極的な」金属が物質の新たな状態を作り出す
この理論は、酸化銅ベースの高温超伝導体や他の多くの関連量子材料の完全な状態図を理解するための「発射台」として機能する可能性がある、と彼は付け加えた。
Flatiron/ハーバード大学のチームは現在、電流の流れのノイズや強力なレーザー光や磁場に対する応答など、その理論の多くの観察可能な特性を計算しています。 「私たちはこれらの結果を進行中の実験と比較し、基礎となる物理学の全体像に到達したいと考えています」とサクデフ氏は締めくくった。
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