Дивний метал тихий, коли йдеться про шум пострілу – Physics World

За даними дослідників із США та Австрії, вимірювання шуму показують, що «дивний метал» не проводить електрику через дискретні носії заряду. Даг Нательсон в Університеті Райса,  Силке Пашен у Технічному університеті Відня та його колеги виміряли низькі рівні дробового шуму в нанодротах, виготовлених із дивного металу. Їх відкриття може відкрити нову область дослідження цих інтригуючих матеріалів.

Починаючи з 1950-х років, теорія фермі-рідин виконала дуже хорошу роботу з опису поведінки електронів провідності в більшості металів. Згідно з теорією, електричні струми виникають через рух квазічастинок, які є колективними збудженнями електронів провідності, які поводяться подібно до частинок. Корисна аналогія полягає в тому, що рух однієї людини в натовпі також передбачає рух оточуючих людей, які йдуть зі шляху і заповнюють прогалини, що залишилися внаслідок руху.

В результаті свого успіху теорія рідини Фермі отримала неофіційну назву «стандартної моделі» звичайних металів. Але, як і Стандартна модель фізики елементарних частинок, ця теорія, як відомо, має свої межі.

«Зокрема за останні 40 років стало зрозуміло, що існують метали, які, здається, не відповідають картині рідини Фермі, і багато з них мають схожі властивості», — пояснює Нательсон.

Сміливі аргументи

«Існує багато дискусій щодо того, чи існує об’єднуюча картина за цими дивними металами, і деякі сміливі аргументи передбачають, що квазічастинки можуть бути неправильним описом потоку зарядів у цих системах», — каже Нательсон.

У своєму дослідженні команда досліджувала, чи може вимірювання дробового шуму в дивному металі бути надійним способом перевірити ці ідеї. Дробовий шум виникає у звичайних металах, оскільки струм переноситься дискретними квазічастинками. Це означає, що при малих струмах невеликі коливання кількості квазічастинок призводять до коливань виміряного струму, і ці коливання називають дробовим шумом.

Якщо квазічастинки справді відсутні в дивних металах, Нательсон і його колеги припустили, що постріловий шум також повинен бути відсутнім. Щоб дослідити цю ідею, вони експериментували зі сполукою ітербій диродій дисиліцид (YbRh₂Si₂), який є одним із найбільш досліджених дивних металів.

Заплутані закрутки

«Ця система демонструє дивну реакцію металу при переході між двома різними рідкими станами Фермі, кожен з яких має різну ефективну кількість носіїв заряду», — пояснює Нательсон. Попередні дослідження показали, що поруч із цією межею заряди електронів глибоко переплітаються зі своїми спінами, зрештою спричиняючи зникнення квазічастинок електронів.

Команда була надихнута експериментами, вперше проведеними в 1990-х роках, які ретельно вимірювали дробовий шум у нанодротах, виготовлених із різноманітних звичайних металів, включаючи золото. Ці вимірювання дуже відповідали передбаченням теорії рідини Фермі.

У своїх власних експериментах дослідники використовували нову техніку виготовлення для створення YbRh₂Si₂ нанопроводів, а потім дотримувалися тих самих процедур вимірювання, що використовувалися в попередніх дослідженнях.

Незрозуміла тиша

«Ми виявили, що шум у YbRh₂Si₂ дротів набагато нижчий, ніж у золотих дротів», — пояснює Нательсон. «Через інші вимірювання в довшому YbRh₂Si₂ дроти, ми показали, що електрон-фононне розсіювання, здається, не може пояснити це придушення шуму в цій системі».

Дивні метали розкривають свої секрети

Їхні вимірювання надають переконливі докази того, що квазічастинки відсутні в таких дивних металах, як YbRh₂Si₂. Це підтверджує давні підозри деяких фізиків, що теорія рідини Фермі не може забезпечити повний опис дивної поведінки металів.

«Це дуже захоплююче», — каже Нательсон. «Зараз важливо перевірити, чи цей пригнічений шум спостерігається в інших дивних металах, чи ми можемо налаштуватися між «звичайним» і пригніченим шумом, налаштовуючись і виходячи з режиму дивного металу». Якщо це так, це може відкрити нову захоплюючу область досліджень – можливо, навіть призвести до нових сімейств екзотичних металів.

Дослідження описано в наука.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/