샷 노이즈에 있어서 이상한 금속은 조용합니다 – Physics World

미국과 오스트리아의 연구원에 따르면 소음 측정에 따르면 "이상한 금속"은 개별 전하 캐리어를 통해 전기를 전도하지 않는 것으로 나타났습니다. 더그 네이텔슨 라이스대학교에서,  실케 파셴 비엔나 기술 대학(Technical University of Vienna)과 동료들은 이상한 금속으로 만들어진 나노와이어에서 낮은 수준의 샷 노이즈를 측정했습니다. 그들의 발견은 이러한 흥미로운 물질에 대한 새로운 연구 영역을 열 수 있습니다.

1950년대 이래로 페르미액체 이론은 대부분의 금속에서 전도 전자의 거동을 설명하는 데 매우 훌륭한 역할을 해왔습니다. 이론에 따르면 전류는 입자처럼 행동하는 전도 전자의 집단적 자극인 준입자의 움직임을 통해 발생합니다. 유용한 비유는 군중 속의 한 사람의 움직임이 주변 사람들의 움직임도 포함한다는 것입니다. 그들은 길을 비켜 움직임의 여파로 남겨진 틈을 메웁니다.

성공의 결과로 페르미 액체 이론은 일반 금속의 "표준 모델"이라는 비공식적 명칭을 얻었습니다. 그러나 입자물리학의 표준모형과 마찬가지로 이 이론에도 한계가 있는 것으로 알려져 있습니다.

"특히 지난 40년 동안 페르미 액체 그림에 맞지 않는 금속이 있다는 것이 분명해졌으며 그 중 많은 금속이 비슷한 특성을 공유하고 있습니다."라고 Natelson은 설명합니다.

대담한 주장

"이 이상한 금속 뒤에 통일된 그림이 있는지에 대한 많은 논의가 있으며, 일부 과감한 주장은 준입자가 이러한 시스템의 전하 흐름에 대한 올바른 설명이 아닐 수 있다고 예측했습니다."라고 Natelson은 말했습니다.

연구에서 팀은 이상한 금속의 총탄 소음을 측정하는 것이 이러한 아이디어를 테스트하는 신뢰할 수 있는 방법이 될 수 있는지 조사했습니다. 전류가 개별 준입자에 의해 전달되기 때문에 일반 금속에서 샷 노이즈가 발생합니다. 이는 낮은 전류에서 준입자 수의 작은 변동이 측정된 전류의 변동으로 이어진다는 것을 의미하며, 이러한 변동을 샷 노이즈라고 합니다.

만약 이상한 금속에 준입자가 실제로 없다면 Natelson과 동료들은 총소리도 없어야 한다고 추론했습니다. 이 아이디어를 탐구하기 위해 그들은 화합물 이테르븀 디르호듐 디실리사이드(YbRh)를 실험했습니다.₂Si₂), 이는 가장 널리 연구된 이상한 금속 중 하나입니다.

얽힌 스핀

"이 시스템은 각기 다른 유효 전하 캐리어 수를 갖는 두 개의 서로 다른 페르미 액체 상태 사이의 전환에서 이상한 금속 반응을 보여줍니다."라고 Natelson은 설명합니다. 이 경계에 가까운 이전 연구에서는 전자 전하가 스핀과 깊게 얽혀 궁극적으로 전자 준입자가 사라지는 것을 발견했습니다.

연구팀은 금을 포함한 다양한 일반 금속으로 만든 나노와이어의 샷 노이즈를 주의 깊게 측정한 1990년대에 처음 수행된 실험에서 영감을 받았습니다. 이러한 측정은 페르미 액체 이론의 예측과 거의 일치했습니다.

자체 실험에서 연구원들은 YbRh를 형성하기 위해 새로운 제조 기술을 사용했습니다.₂Si₂ 나노와이어를 사용한 다음 이전 연구에서 사용된 것과 동일한 측정 절차를 따랐습니다.

설명할 수 없는 조용함

“우리는 YbRh에서 노이즈가 발생한다는 것을 발견했습니다.₂Si₂ 와이어는 금 와이어에서 볼 수 있는 것보다 훨씬 낮습니다.”라고 Natelson은 설명합니다. “더 긴 YbRh의 다른 측정을 통해₂Si₂ 우리는 전자-포논 산란이 겉으로는 이 시스템의 이러한 잡음 억제를 설명할 수 없다는 것을 보여주었습니다."

이상한 금속이 그 비밀을 드러낸다

그들의 측정은 YbRh와 같은 이상한 금속에는 준입자가 없다는 강력한 증거를 제공합니다.₂Si₂. 이는 페르미 액체 이론이 이상한 금속이 어떻게 작용하는지에 대한 완전한 설명을 제공할 수 없다는 일부 물리학자들의 오랜 의혹을 뒷받침합니다.

Natelson은 “이것은 매우 흥미롭습니다.”라고 말합니다. "이제 억제된 소음이 다른 이상한 금속에서 나타나는지, 또는 이상한 금속 체제를 조정하여 '기존' 소음과 억제된 소음 사이를 조정할 수 있는지 테스트하는 것이 중요합니다." 만약 그렇다면, 이는 흥미진진한 새로운 연구 분야를 열어줄 수 있으며, 심지어 새로운 종류의 이국적인 금속으로 이어질 수도 있습니다.

연구는 다음에 설명되어 있습니다. 과학.

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