Metalul ciudat este liniștit când vine vorba de zgomot de lovituri – Physics World

Măsurătorile de zgomot sugerează că un „metal ciudat” nu conduce electricitatea prin purtători de încărcare discreti, potrivit cercetătorilor din SUA și Austria. Doug Natelson la Universitatea Rice,  Silke Paschen de la Universitatea Tehnică din Viena și colegii săi au măsurat niveluri scăzute de zgomot de împușcare în nanofirele făcute dintr-un metal ciudat. Descoperirea lor ar putea deschide o nouă zonă de cercetare a acestor materiale interesante.

Începând cu anii 1950, teoria Fermi-lichid a făcut o treabă foarte bună de a descrie comportamentul electronilor de conducere în majoritatea metalelor. Conform teoriei, curenții electrici apar prin mișcarea cvasiparticulelor, care sunt excitații colective ale electronilor de conducere care se comportă mult ca particulele. O analogie utilă este că mișcarea unei persoane într-o mulțime implică și mișcarea oamenilor din jur – care ies din drum și completează golurile rămase în urma mișcării.

Ca rezultat al succesului său, teoria lichidelor Fermi a câștigat titlul informal de „model standard” al metalelor obișnuite. Dar, la fel ca modelul standard al fizicii particulelor, teoria este cunoscută că are limitele sale.

„În special în ultimii 40 de ani, a devenit clar că există metale care nu par să se potrivească imaginii lichidului Fermi și multe dintre ele au proprietăți similare”, explică Natelson.

Argumente îndrăznețe

„Există multe discuții despre dacă există o imagine unificatoare în spatele acestor metale ciudate, iar unele argumente îndrăznețe au prezis că cvasiparticulele ar putea să nu fie descrierea corectă a fluxului de sarcină în acele sisteme”, spune Natelson.

În studiul lor, echipa a investigat dacă măsurarea zgomotului de împușcătură într-un metal ciudat ar putea fi o modalitate fiabilă de a testa aceste idei. Zgomotul de împușcare apare în metalele obișnuite, deoarece curentul este transportat de cvasiparticule discrete. Aceasta înseamnă că la curenți scăzuti, mici fluctuații ale numărului de cvasiparticule conduc la fluctuații ale curentului măsurat – iar aceste fluctuații sunt numite zgomot de împușcare.

Dacă cvasiparticulele sunt într-adevăr absente din metalele ciudate, Natelson și colegii au motivat că zgomotul de împușcare ar trebui să fie, de asemenea, absent. Pentru a explora această idee, ei au experimentat cu compusul disilicid de yterbiu dirhodiu (YbRh₂Si₂), care este unul dintre cele mai studiate metale ciudate.

Rotiri încurcate

„Acest sistem arată un răspuns ciudat de metal la tranziția între două stări lichide Fermi diferite, fiecare cu un număr efectiv diferit de purtători de sarcină”, explică Natelson. Aproape de această limită, studiile anterioare au descoperit că sarcinile electronice devin profund încurcate cu spinurile lor, provocând în cele din urmă dispariția cvasiparticulelor de electroni.

Echipa a fost inspirată de experimentele efectuate pentru prima dată în anii 1990, care au măsurat cu atenție zgomotul de împușcare în nanofire fabricate dintr-o varietate de metale obișnuite, inclusiv aur. Aceste măsurători se potriveau îndeaproape cu predicțiile teoriei lichidelor Fermi.

În propriile experimente, cercetătorii au folosit o nouă tehnică de fabricație pentru a modela YbRh₂Si₂ nanofire și apoi au urmat aceleași proceduri de măsurare utilizate în studiile anterioare.

Liniște inexplicabilă

„Am descoperit că zgomotul din YbRh₂Si₂ firele este mult mai mică decât cea observată în firele de aur”, explică Natelson. „Prin alte măsurători în YbRh mai lung₂Si₂ fire, am arătat că împrăștierea electron-fonon aparent nu poate explica această suprimare a zgomotului în acest sistem.”

Metalele ciudate dezvăluie secretele lor

Măsurătorile lor oferă dovezi puternice că cvasiparticulele sunt absente din metale ciudate precum YbRh₂Si₂. Acest lucru susține suspiciunile de lungă durată ale unor fizicieni că teoria lichidului Fermi nu poate oferi o descriere completă a modului în care se comportă metalele ciudate.

„Este destul de interesant”, spune Natelson. „Este important acum să testăm pentru a vedea dacă acest zgomot suprimat este văzut în alte metale ciudate sau dacă putem acorda între zgomotul „convențional” și suprimat prin acordarea și ieșirea din regimul de metal ciudat.” Dacă acesta este cazul, acest lucru ar putea deschide o nouă arie de cercetare interesantă – posibil chiar să conducă la noi familii de metale exotice.

Cercetarea este descrisă în Ştiinţă.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/