Rart metall er stille når det kommer til skuddstøy – Physics World

Støymålinger tyder på at et "rart metall" ikke leder strøm via diskrete ladningsbærere, ifølge forskere i USA og Østerrike. Doug Natelson ved Rice University,  Silke Paschen ved det tekniske universitetet i Wien og kolleger har målt lave nivåer av skuddstøy i nanotråder laget av et merkelig metall. Oppdagelsen deres kan åpne et nytt område for forskning på disse spennende materialene.

Siden 1950-tallet har Fermi-væske-teorien gjort en veldig god jobb med å beskrive oppførselen til ledningselektronene i de fleste metaller. Ifølge teorien oppstår elektriske strømmer gjennom bevegelse av kvasipartikler, som er kollektive eksitasjoner av ledningselektroner som oppfører seg omtrent som partikler. En nyttig analogi er at bevegelsen til én person i en folkemengde også involverer bevegelsen til omkringliggende mennesker – som går ut av veien og fyller ut hull som er igjen i kjølvannet av bevegelse.

Som et resultat av suksessen har Fermi væsketeori fått den uformelle tittelen "standardmodellen" av vanlige metaller. Men omtrent som standardmodellen for partikkelfysikk, er teorien kjent for å ha sine begrensninger.

"Spesielt de siste 40 årene har det blitt klart at det er metaller som ikke ser ut til å passe inn i Fermi-væskebildet, og mange av dem deler lignende egenskaper," forklarer Natelson.

Tøffe argumenter

"Det er mye diskusjon om hvorvidt det er et samlende bilde bak disse merkelige metallene, og noen dristige argumenter har spådd at kvasipartikler kanskje ikke er den rette beskrivelsen av ladningsstrømmen i disse systemene," sier Natelson.

I sin studie undersøkte teamet om måling av skuddstøy i et merkelig metall kunne være en pålitelig måte å teste disse ideene på. Skudstøy oppstår i vanlige metaller fordi strømmen føres av diskrete kvasipartikler. Dette betyr at ved lave strømmer fører små svingninger i antall kvasipartikler til svingninger i den målte strømmen – og disse svingningene kalles skuddstøy.

Hvis kvasipartikler faktisk er fraværende fra fremmede metaller, resonnerte Natelson og kolleger at skuddstøy også burde være fraværende. For å utforske denne ideen, eksperimenterte de med forbindelsen ytterbium dirhodium disilicid (YbRh₂Si₂), som er et av de mest studerte merkelige metallene.

Entangled spins

"Dette systemet viser en merkelig metallrespons ved overgangen mellom to forskjellige Fermi-væsketilstander, hver med et forskjellig effektivt antall ladningsbærere," forklarer Natelson. Nær denne grensen fant tidligere studier at elektronladninger blir dypt viklet inn i spinnene deres, noe som til slutt får elektronkvasipartikler til å forsvinne.

Teamet ble inspirert av eksperimenter først utført på 1990-tallet, som nøye målte skuddstøy i nanotråder laget av en rekke vanlige metaller – inkludert gull. Disse målingene samsvarte nøye med spådommene til Fermi væsketeori.

I sine egne eksperimenter brukte forskerne en ny fabrikasjonsteknikk for å lage YbRh₂Si₂ nanotråder, og fulgte deretter de samme måleprosedyrene som ble brukt i de tidligere studiene.

Uforklarlig stillhet

«Vi fant ut at støyen i YbRh₂Si₂ ledninger er mye lavere enn det man ser i gulltråder, forklarer Natelson. "Gjennom andre målinger i lengre YbRh₂Si₂ ledninger, har vi vist at elektron-fononspredning tilsynelatende ikke kan forklare denne støydempingen i dette systemet.»

Rare metaller avslører hemmelighetene deres

Målingene deres gir sterke bevis på at kvasipartikler er fraværende fra merkelige metaller som YbRh₂Si₂. Dette støtter den langvarige mistanken til enkelte fysikere om at Fermi-væsketeorien ikke kan gi en fullstendig beskrivelse av hvordan merkelige metaller oppfører seg.

"Dette er ganske spennende," sier Natelson. "Det er viktig nå å teste for å se om denne undertrykte støyen sees i andre merkelige metaller, eller om vi kan stille inn mellom 'konvensjonell' og undertrykt støy ved å stille inn og ut av det merkelige metallregimet." Hvis dette er tilfelle, kan dette åpne opp for et spennende nytt forskningsområde – muligens til og med føre til nye familier av eksotiske metaller.

Forskningen er beskrevet i Vitenskap.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/