Kim loại lạ im lặng khi có tiếng nổ - Vật Lý Thế Giới

Theo các nhà nghiên cứu ở Mỹ và Áo, các phép đo tiếng ồn cho thấy một “kim loại lạ” không dẫn điện qua các hạt mang điện rời rạc. Doug Natelson tại Đại học Rice,  Silke Paschen tại Đại học Kỹ thuật Vienna và các đồng nghiệp đã đo được mức độ nhiễu bắn thấp trong các dây nano làm từ một kim loại lạ. Khám phá của họ có thể mở ra một lĩnh vực nghiên cứu mới về những vật liệu hấp dẫn này.

Kể từ những năm 1950, lý thuyết chất lỏng Fermi đã thực hiện rất tốt việc mô tả hành vi của các electron dẫn trong hầu hết các kim loại. Theo lý thuyết, dòng điện phát sinh thông qua chuyển động của các giả hạt, là sự kích thích tập thể của các electron dẫn có hành xử giống như các hạt. Một sự tương tự hữu ích là chuyển động của một người trong đám đông cũng liên quan đến chuyển động của những người xung quanh - những người tránh đường và lấp đầy những khoảng trống còn sót lại sau chuyển động.

Nhờ sự thành công của nó, lý thuyết chất lỏng Fermi đã giành được danh hiệu không chính thức là “mô hình chuẩn” của kim loại thông thường. Nhưng giống như Mô hình Chuẩn của vật lý hạt, lý thuyết này được biết là có những giới hạn của nó.

Natelson giải thích: “Đặc biệt, trong 40 năm qua, người ta thấy rõ rằng có những kim loại dường như không phù hợp với bức tranh chất lỏng Fermi và nhiều kim loại trong số đó có đặc tính tương tự”.

Những lập luận táo bạo

Natelson nói: “Có rất nhiều cuộc thảo luận về việc liệu có một bức tranh thống nhất đằng sau những kim loại kỳ lạ này hay không, và một số lập luận táo bạo đã dự đoán rằng các giả hạt có thể không phải là mô tả đúng về dòng điện tích trong các hệ thống đó”.

Trong nghiên cứu của mình, nhóm nghiên cứu đã điều tra xem liệu việc đo tiếng ồn do bắn vào một kim loại lạ có thể là một cách đáng tin cậy để kiểm tra những ý tưởng này hay không. Nhiễu bắn xảy ra trong các kim loại thông thường do dòng điện được mang bởi các giả hạt rời rạc. Điều này có nghĩa là ở dòng điện thấp, những thăng giáng nhỏ về số lượng giả hạt dẫn đến những thăng giáng trong dòng điện đo được – và những thăng giáng này được gọi là nhiễu bắn.

Nếu các giả hạt thực sự không có ở các kim loại lạ thì Natelson và các đồng nghiệp lý giải rằng tiếng ồn bắn cũng sẽ không có. Để khám phá ý tưởng này, họ đã thử nghiệm hợp chất ytterbium dirhodium disilicide (YbRh₂Si₂), đây là một trong những kim loại lạ được nghiên cứu rộng rãi nhất.

Vòng quay vướng víu

Natelson giải thích: “Hệ thống này cho thấy phản ứng lạ của kim loại khi chuyển đổi giữa hai trạng thái chất lỏng Fermi khác nhau, mỗi trạng thái có số hạt mang điện hiệu dụng khác nhau”. Ở gần ranh giới này, các nghiên cứu trước đây phát hiện ra rằng các điện tích electron bị vướng sâu vào spin của chúng, cuối cùng làm cho các giả hạt electron biến mất.

Đội nghiên cứu lấy cảm hứng từ các thí nghiệm được thực hiện lần đầu tiên vào những năm 1990, chúng đo cẩn thận tiếng ồn do bắn trong các dây nano chế tạo từ nhiều loại kim loại thông thường – kể cả vàng. Những phép đo này rất trùng khớp với những dự đoán của lý thuyết chất lỏng Fermi.

Trong các thí nghiệm của riêng mình, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật chế tạo mới để tạo ra YbRh.₂Si₂ dây nano, sau đó thực hiện theo các quy trình đo tương tự được sử dụng trong các nghiên cứu trước đó.

Sự im lặng không giải thích được

“Chúng tôi nhận thấy rằng tiếng ồn trong YbRh₂Si₂ Natelson giải thích: dây thấp hơn nhiều so với dây vàng. “Thông qua các phép đo khác trong thời gian YbRh dài hơn₂Si₂ dây, chúng tôi đã chỉ ra rằng sự tán xạ electron-phonon dường như không thể giải thích được sự triệt tiêu tiếng ồn này trong hệ thống này.”

Kim loại lạ tiết lộ bí mật của chúng

Các phép đo của họ cung cấp bằng chứng thuyết phục rằng các giả hạt không có trong các kim loại lạ như YbRh₂Si₂. Điều này củng cố cho sự nghi ngờ từ lâu của một số nhà vật lý rằng lý thuyết chất lỏng Fermi không thể cung cấp sự mô tả đầy đủ về cách hành xử của các kim loại lạ.

“Điều này khá thú vị,” Natelson nói. “Điều quan trọng bây giờ là kiểm tra xem liệu tiếng ồn bị triệt tiêu này có xuất hiện ở các kim loại lạ khác hay liệu chúng ta có thể điều chỉnh giữa tiếng ồn ‘thông thường’ và tiếng ồn bị triệt tiêu bằng cách điều chỉnh vào và ra khỏi chế độ kim loại lạ hay không”. Nếu đúng như vậy thì điều này có thể mở ra một lĩnh vực nghiên cứu mới thú vị – thậm chí có thể dẫn đến những họ kim loại lạ mới.

Nghiên cứu được mô tả trong Khoa học.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/strange-metal-is-quiet-when-it-comes-to-shot-noise/