Čudna kovina je tiha, ko gre za hrup strel – Physics World

Meritve hrupa kažejo, da "čudna kovina" ne prevaja elektrike prek diskretnih nosilcev naboja, trdijo raziskovalci iz ZDA in Avstrije. Doug Natelson na univerzi Rice,  Silke Paschen na Tehnični univerzi na Dunaju in sodelavci so izmerili nizke ravni udarnega hrupa v nanožicah iz nenavadne kovine. Njihovo odkritje bi lahko odprlo novo področje raziskav teh zanimivih materialov.

Od petdesetih let 1950. stoletja je teorija Fermijeve tekočine opravila zelo dobro delo pri opisovanju obnašanja prevodnih elektronov v večini kovin. V skladu s teorijo električni tokovi nastanejo zaradi gibanja kvazidelcev, ki so kolektivna vzbujanja prevodnih elektronov, ki se obnašajo podobno kot delci. Koristna analogija je, da gibanje ene osebe v množici vključuje tudi gibanje okoliških ljudi – ki se umaknejo s poti in zapolnijo vrzeli, ki nastanejo zaradi gibanja.

Zaradi uspeha si je teorija Fermijeve tekočine prislužila neuraden naziv "standardni model" običajnih kovin. Toda podobno kot pri standardnem modelu fizike delcev je znano, da ima teorija svoje meje.

»Predvsem v zadnjih 40 letih je postalo jasno, da obstajajo kovine, za katere se zdi, da ne ustrezajo sliki Fermijeve tekočine, in mnoge od njih imajo podobne lastnosti,« pojasnjuje Natelson.

Drzni argumenti

"Veliko se razpravlja o tem, ali za temi nenavadnimi kovinami obstaja enotna slika, in nekateri drzni argumenti so napovedali, da kvazidelci morda niso pravi opis toka naboja v teh sistemih," pravi Natelson.

V svoji študiji je ekipa raziskala, ali je lahko merjenje hrupa strel v nenavadni kovini zanesljiv način za preizkušanje teh idej. Strelni šum se pojavi v navadnih kovinah, ker tok prenašajo diskretni kvazidelci. To pomeni, da pri nizkih tokovih majhna nihanja v številu kvazidelcev povzročijo nihanja izmerjenega toka – in ta nihanja imenujemo strelni šum.

Če kvazidelcev v nenavadnih kovinah res ni, so Natelson in njegovi sodelavci menili, da mora biti odsoten tudi udarni hrup. Da bi raziskali to idejo, so eksperimentirali s spojino iterbijev dirodijev disilicid (YbRh₂Si₂), ki je ena najbolj razširjenih nenavadnih kovin.

Zapleteni vrtljaji

"Ta sistem kaže odziv nenavadne kovine na prehodu med dvema različnima stanjema tekočine Fermi, od katerih ima vsako različno učinkovito število nosilcev naboja," pojasnjuje Natelson. Blizu te meje so prejšnje študije pokazale, da se naboji elektronov globoko zapletejo s svojimi vrtljaji, kar na koncu povzroči, da kvazidelci elektronov izginejo.

Ekipo so navdihnili poskusi, ki so bili prvič izvedeni v devetdesetih letih prejšnjega stoletja in so natančno merili hrup strel v nanožicah, izdelanih iz različnih navadnih kovin – vključno z zlatom. Te meritve so se zelo ujemale z napovedmi teorije Fermijeve tekočine.

V lastnih poskusih so raziskovalci uporabili novo tehniko izdelave za oblikovanje YbRh₂Si₂ nanožice in nato sledili istim merilnim postopkom, kot so bili uporabljeni v prejšnjih študijah.

Nepojasnjena tišina

»Ugotovili smo, da hrup v YbRh₂Si₂ žic je veliko nižja od tiste, ki jo vidimo pri zlatih žicah,« pojasnjuje Natelson. »Z drugimi meritvami v daljšem YbRh₂Si₂ žice, smo pokazali, da sipanje elektronov in fononov očitno ne more razložiti tega dušenja hrupa v tem sistemu.

Čudne kovine razkrivajo svoje skrivnosti

Njihove meritve zagotavljajo trdne dokaze, da kvazidelcev ni v čudnih kovinah, kot je YbRh₂Si₂. To podpira dolgoletne sume nekaterih fizikov, da teorija Fermijeve tekočine ne more zagotoviti popolnega opisa tega, kako se čudne kovine obnašajo.

"To je zelo razburljivo," pravi Natelson. "Zdaj je pomembno, da preizkusimo, ali je ta potlačeni hrup viden v drugih nenavadnih kovinah ali ali lahko preklapljamo med 'konvencionalnim' in potlačenim hrupom s prilagajanjem in izstopom iz nenavadnega kovinskega režima." Če je temu tako, bi to lahko odprlo vznemirljivo novo področje raziskav – morda celo vodilo do novih družin eksotičnih kovin.

Raziskava je opisana v Znanost.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/