Странный металл тихий, когда дело доходит до дробового шума

По мнению исследователей из США и Австрии, измерения шума показывают, что «странный металл» не проводит электричество через дискретные носители заряда. Дуг Нательсон в Университете Райса,  Силке Пашен из Венского технического университета и его коллеги измерили низкие уровни дробового шума в нанопроволоках, изготовленных из странного металла. Их открытие может открыть новую область исследований этих интригующих материалов.

С 1950-х годов теория ферми-жидкости проделала очень хорошую работу по описанию поведения электронов проводимости в большинстве металлов. Согласно теории, электрические токи возникают в результате движения квазичастиц, которые представляют собой коллективные возбуждения электронов проводимости, ведущих себя во многом как частицы. Полезная аналогия состоит в том, что движение одного человека в толпе также включает в себя движение окружающих людей, которые уходят с дороги и заполняют пробелы, оставшиеся после движения.

В результате своего успеха теория ферми-жидкости получила неофициальное название «стандартной модели» обычных металлов. Но, как и Стандартная модель физики элементарных частиц, эта теория, как известно, имеет свои пределы.

«За последние 40 лет, в частности, стало ясно, что существуют металлы, которые, похоже, не соответствуют картине ферми-жидкости, и многие из них обладают схожими свойствами», — объясняет Нательсон.

Смелые аргументы

«Идет много дискуссий о том, существует ли объединяющая картина, лежащая в основе этих странных металлов, и некоторые смелые аргументы предсказывают, что квазичастицы, возможно, не являются правильным описанием потока заряда в этих системах», — говорит Нательсон.

В своем исследовании команда выяснила, может ли измерение дробового шума в странном металле стать надежным способом проверки этих идей. Дробовой шум возникает в обычных металлах, поскольку ток переносится дискретными квазичастицами. Это означает, что при малых токах небольшие флуктуации числа квазичастиц приводят к флуктуациям измеряемого тока – и эти флуктуации называются дробовым шумом.

Если квазичастицы действительно отсутствуют в странных металлах, Нательсон и его коллеги пришли к выводу, что дробовой шум также должен отсутствовать. Чтобы изучить эту идею, они экспериментировали с составным дисилицидом иттербия диродия (YbRh₂Si₂), который является одним из наиболее широко изученных странных металлов.

Запутанные вращения

«Эта система демонстрирует реакцию странного металла при переходе между двумя разными состояниями ферми-жидкости, каждое из которых имеет разное эффективное число носителей заряда», — объясняет Нательсон. Предыдущие исследования показали, что вблизи этой границы заряды электронов глубоко переплетаются со своими спинами, что в конечном итоге приводит к исчезновению электронных квазичастиц.

Команду вдохновили эксперименты, впервые проведенные в 1990-х годах, в ходе которых тщательно измерялся дробовой шум в нанопроволоках, изготовленных из различных обычных металлов, включая золото. Эти измерения точно соответствовали предсказаниям теории ферми-жидкости.

В своих экспериментах исследователи использовали новую технологию изготовления YbRh.₂Si₂ нанопроволоки, а затем следовали тем же процедурам измерения, что и в предыдущих исследованиях.

Необъяснимая тишина

«Мы обнаружили, что шум в YbRh₂Si₂ в проводах намного ниже, чем в золотых проводах», — объясняет Нательсон. «Благодаря другим измерениям в более длинных YbRh₂Si₂ проводов, мы показали, что электрон-фононное рассеяние, по-видимому, не может объяснить такое подавление шума в этой системе».

Странные металлы раскрывают свои тайны

Их измерения убедительно доказывают отсутствие квазичастиц в таких странных металлах, как YbRh.₂Si₂. Это подтверждает давние подозрения некоторых физиков о том, что теория ферми-жидкости не может дать полного описания поведения странных металлов.

«Это очень интересно», — говорит Нательсон. «Сейчас важно проверить, наблюдается ли этот подавленный шум в других странных металлах, или можем ли мы настроиться между «обычным» и подавленным шумом, настраиваясь на режим странного металла и выключаясь из него». Если это так, это может открыть новую захватывающую область исследований, возможно, даже ведущую к созданию новых семейств экзотических металлов.

Исследование описано в Наука.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/