Vreemde metal is stil als het om schotgeluid gaat – Physics World

Geluidsmetingen suggereren dat een ‘vreemd metaal’ geen elektriciteit geleidt via discrete ladingsdragers, aldus onderzoekers in de VS en Oostenrijk. Doug Natelson aan de Rijstuniversiteit,  Zijde Paschen aan de Technische Universiteit van Wenen en collega's hebben lage niveaus van schotruis gemeten in nanodraden gemaakt van een vreemd metaal. Hun ontdekking zou een nieuw onderzoeksgebied naar deze intrigerende materialen kunnen openen.

Sinds de jaren vijftig heeft de Fermi-vloeistoftheorie het gedrag van de geleidingselektronen in de meeste metalen uitstekend beschreven. Volgens de theorie ontstaan ​​elektrische stromen door de beweging van quasideeltjes, dit zijn collectieve excitaties van geleidingselektronen die zich ongeveer als deeltjes gedragen. Een bruikbare analogie is dat de beweging van één persoon in een menigte ook de beweging van omringende mensen met zich meebrengt – die uit de weg gaan en gaten opvullen die achterblijven als gevolg van beweging.

Als gevolg van haar succes heeft de Fermi-vloeistoftheorie de informele titel gekregen van het ‘standaardmodel’ van gewone metalen. Maar net als het Standaardmodel van de deeltjesfysica is het bekend dat de theorie zijn grenzen kent.

“Vooral de afgelopen veertig jaar is het duidelijk geworden dat er metalen zijn die niet lijken te passen in het beeld van de Fermi-vloeistoffen, en veel ervan hebben vergelijkbare eigenschappen”, legt Natelson uit.

Gedurfde argumenten

“Er is veel discussie over de vraag of er een verenigend beeld schuilt achter deze vreemde metalen, en enkele gedurfde argumenten hebben voorspeld dat quasideeltjes misschien niet de juiste beschrijving zijn van de ladingsstroom in deze systemen”, zegt Natelson.

In hun onderzoek onderzocht het team of het meten van schotgeluid in een vreemd metaal een betrouwbare manier zou kunnen zijn om deze ideeën te testen. Schotruis treedt op in gewone metalen omdat stroom wordt gevoerd door discrete quasideeltjes. Dit betekent dat bij lage stromen kleine fluctuaties in het aantal quasideeltjes leiden tot fluctuaties in de gemeten stroom – en deze fluctuaties worden schotruis genoemd.

Als quasideeltjes inderdaad afwezig zijn in vreemde metalen, redeneerden Natelson en collega's dat schotgeluid ook afwezig zou moeten zijn. Om dit idee te onderzoeken, experimenteerden ze met de verbinding ytterbium dirhodium disilicide (YbRh₂Si₂), een van de meest bestudeerde vreemde metalen.

Verstrengelde spins

“Dit systeem vertoont een reactie van vreemde metalen bij de overgang tussen twee verschillende Fermi-vloeistoftoestanden, elk met een ander effectief aantal ladingsdragers”, legt Natelson uit. Dicht bij deze grens hebben eerdere studies aangetoond dat elektronenladingen diep verstrengeld raken met hun spins, waardoor elektronen-quasideeltjes uiteindelijk verdwijnen.

Het team liet zich inspireren door experimenten die voor het eerst werden uitgevoerd in de jaren negentig, waarbij zorgvuldig de schotruis werd gemeten in nanodraden gemaakt van een verscheidenheid aan gewone metalen, waaronder goud. Deze metingen kwamen nauw overeen met de voorspellingen van de Fermi-vloeistoftheorie.

In hun eigen experimenten gebruikten de onderzoekers een nieuwe fabricagetechniek om YbRh te vormen₂Si₂ nanodraden, en volgden vervolgens dezelfde meetprocedures die in de eerdere onderzoeken werden gebruikt.

Onverklaarbare stilte

“We ontdekten dat het geluid in YbRh₂Si₂ draden is veel lager dan die bij gouddraden”, legt Natelson uit. “Door andere metingen in langere YbRh₂Si₂ hebben we aangetoond dat de verstrooiing van elektronen en fononen deze ruisonderdrukking in dit systeem schijnbaar niet kan verklaren.”

Vreemde metalen onthullen hun geheimen

Hun metingen leveren sterk bewijs dat quasideeltjes afwezig zijn in vreemde metalen zoals YbRh₂Si₂. Dit ondersteunt het al lang bestaande vermoeden van sommige natuurkundigen dat de Fermi-vloeistoftheorie geen volledige beschrijving kan geven van hoe vreemde metalen zich gedragen.

“Dit is best spannend”, zegt Natelson. "Het is nu belangrijk om te testen of deze onderdrukte ruis ook in andere vreemde metalen voorkomt, of dat we kunnen afstemmen tussen 'conventionele' en onderdrukte ruis door af te stemmen op het vreemde metaalregime." Als dit het geval is, zou dit een opwindend nieuw onderzoeksgebied kunnen openen – mogelijk zelfs leidend tot nieuwe families van exotische metalen.

Het onderzoek is beschreven in Wetenschap.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/