Konstig metall är tyst när det kommer till skottljud – Physics World

Bullermätningar tyder på att en "konstig metall" inte leder elektricitet via diskreta laddningsbärare, enligt forskare i USA och Österrike. Doug Natelson vid Rice University,  Silke Paschen vid tekniska universitetet i Wien och kollegor har mätt låga nivåer av skottljud i nanotrådar gjorda av en konstig metall. Deras upptäckt kan öppna ett nytt område av forskning om dessa spännande material.

Sedan 1950-talet har Fermi-vätsketeorin gjort ett mycket bra jobb med att beskriva beteendet hos ledningselektronerna i de flesta metaller. Enligt teorin uppstår elektriska strömmar genom rörelse av kvasipartiklar, som är kollektiva excitationer av ledningselektroner som beter sig ungefär som partiklar. En användbar analogi är att rörelsen av en person i en folkmassa också involverar rörelsen av omgivande människor – som går ur vägen och fyller i luckor som lämnas i rörelsens spår.

Som ett resultat av dess framgång har Fermi flytande teori fått den informella titeln "standardmodellen" av vanliga metaller. Men ungefär som standardmodellen för partikelfysik är teorin känd för att ha sina gränser.

"Särskilt under de senaste 40 åren har det blivit tydligt att det finns metaller som inte tycks passa Fermi-vätskebilden, och många av dem har liknande egenskaper," förklarar Natelson.

Djärva argument

"Det finns mycket diskussion om huruvida det finns en sammanhållande bild bakom dessa konstiga metaller, och några djärva argument har förutspått att kvasipartiklar kanske inte är den rätta beskrivningen av laddningsflödet i dessa system", säger Natelson.

I sin studie undersökte teamet om mätning av skottljud i en främmande metall kunde vara ett tillförlitligt sätt att testa dessa idéer. Skottljud uppstår i vanliga metaller eftersom strömmen bärs av diskreta kvasipartiklar. Det betyder att vid låga strömmar leder små fluktuationer i antalet kvasipartiklar till fluktuationer i den uppmätta strömmen – och dessa fluktuationer kallas skottbrus.

Om kvasipartiklar verkligen saknas från konstiga metaller, resonerade Natelson och kollegor att skottljud också borde vara frånvarande. För att utforska denna idé experimenterade de med föreningen ytterbium dirhodium disilicid (YbRh₂Si₂), som är en av de mest studerade konstiga metallerna.

Entangled spins

"Det här systemet visar konstigt metallsvar vid övergången mellan två olika Fermi-vätsketillstånd, var och en med olika effektivt antal laddningsbärare," förklarar Natelson. Nära denna gräns fann tidigare studier att elektronladdningar blir djupt intrasslade med sina snurr, vilket i slutändan får elektronkvasipartiklar att försvinna.

Teamet inspirerades av experiment som utfördes första gången på 1990-talet, som noggrant mätte skottljud i nanotrådar gjorda av en mängd olika vanliga metaller – inklusive guld. Dessa mätningar matchade nära förutsägelserna från Fermi-vätsketeorin.

I sina egna experiment använde forskarna en ny tillverkningsteknik för att skapa YbRh₂Si₂ nanotrådar och följde sedan samma mätprocedurer som användes i de tidigare studierna.

Oförklarlig tystnad

”Vi upptäckte att bullret i YbRh₂Si₂ trådar är mycket lägre än vad man ser i guldtrådar”, förklarar Natelson. ”Genom andra mätningar i längre YbRh₂Si₂ ledningar, har vi visat att elektron-fononspridning till synes inte kan förklara denna brusdämpning i det här systemet."

Konstiga metaller avslöjar sina hemligheter

Deras mätningar ger starka bevis för att kvasipartiklar är frånvarande från konstiga metaller som YbRh₂Si₂. Detta stöder de långvariga misstankarna hos vissa fysiker att Fermi-vätsketeorin inte kan ge en fullständig beskrivning av hur konstiga metaller beter sig.

"Det här är ganska spännande," säger Natelson. "Det är viktigt nu att testa för att se om detta undertryckta brus ses i andra konstiga metaller, eller om vi kan ställa in mellan "konventionellt" och undertryckt brus genom att ställa in och ut ur den konstiga metallregimen." Om så är fallet kan detta öppna upp ett spännande nytt forskningsområde – möjligen till och med leda till nya familjer av exotiska metaller.

Forskningen beskrivs i Vetenskap.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/