物理学家在量子材料中发现了奇异电荷传输证据

技术研究 量科网 2023-12-06 08:54

美国莱斯大学的科学家在最近进行的量子噪声实验中发现,一种“奇异金属”量子材料表现得出奇地安静。他们发表在《科学》杂志上的对被称为"散粒噪声"的量子电荷波动测量结果提供了第一个直接证据,它表明电流似乎以一种不寻常的类液体形式流经"奇异金属",而这种形式无法简单地用准粒子的量化电荷包来解释。

这项研究的通讯作者、莱斯大学的Doug Natelson表示:"与普通导线相比,这种奇异金属的噪音被大大抑制了。也许这就是证据,它证明准粒子并不是定义明确的东西,或者说它们并不存在,电荷的移动方式可能更为复杂。我们必须找到正确的解释来形容电荷是如何集体移动的。"

这些实验是在一种由量子临界材料制成的纳米级导线上进行的,该材料中镱、铑和硅(YbRh2Si2)的精确比例为1∶2∶2。该材料包含有高度的量子纠缠,会产生随温度而变化的行为。例如,如果将材料冷却到临界温度以下,那么它会立即从非磁性转变为磁性。而在略高于临界温度时,YbRh2Si2是一种"重费米子"金属,其携带了电荷的准粒子的质量是裸电子的数百倍。

莱斯大学物理学与天文学、电子与计算机工程学、材料科学与纳米工程学的教授Natelson说:"散粒噪声测量基本上是一种观察电荷在通过某物体时颗粒会变得有多大的方法。我们的想法是,如果我驱动电流,它由一堆离散的电荷载流子组成。这些载流子以平均速度到达,但有时它们碰巧比较接近,有时又相距较远。"

Natelson还表示说:"有时你会觉得大自然在告诉你什么。这种'奇怪的金属性'会出现在许多不同的物理系统中,尽管微观的基础物理学是非常不同的。例如,在铜氧化物超导体中,微观物理学与我们正在研究的重费米子系统中的微观物理学存在着非常大的不同。它们似乎都具有奇异金属所特有的这种线性温度电阻率,你不禁要问,这其中是否存在某种与它们内部的微观构件无关的通用现象?"(编译:Tmac)