Группа физиков из США и Китая обнаружила неожиданные признаки странной металличности в материале, в котором электрический заряд переносится не электронами, а более «волнообразными» объектами, называемыми куперовскими парами.
Странные металлы, также известные как нефермиевские жидкости, представляют собой класс материалов, которые не подчиняются традиционным законам электротехники. Их поведение было впервые обнаружено около 30 лет назад в купратах. Эти материалы на основе оксида меди наиболее известны как высокотемпературные сверхпроводники — они проводят электричество с нулевым сопротивлением при температурах, намного превышающих температуру обычных сверхпроводников.
Но даже при температурах выше критической для сверхпроводимости, купраты ведут себя странно по сравнению с другими металлами. С повышением их температуры сопротивление купратов возрастает строго линейно.
В нормальных металлах сопротивление увеличивается только до определенного предела, становясь постоянным при высоких температурах в соответствии с так называемой теорией ферми-жидкости.
Сопротивление возникает, когда электроны в металле, сталкиваются с вибрирующей атомной структурой металла, заставляя их рассеиваться.
Теория ферми-жидкости устанавливает максимальную скорость, при которой может происходить рассеяние электронов. Но странные металлы не подчиняются законам ферми-жидкости, и никто точно не знает, как они работают.
Что физики действительно знают, так это то, что соотношение температуры и сопротивления в странных металлах, по-видимому, связано с двумя фундаментальными константами природы: постоянной Больцмана, которая представляет энергию, создаваемую случайным тепловым движением, и постоянной Планка, которая связана с энергией фотона. .
«Чтобы попытаться понять, что происходит в этих странных металлах, люди применили математические подходы, подобные тем, которые используются для понимания черных дыр», — рассказал доктор Валлес, возглавлявший исследование.
В 1952 году лауреат Нобелевской премии Леон Купер обнаружил, что в обычных сверхпроводниках электроны объединяются в куперовские пары, которые могут скользить сквозь атомную решетку без сопротивления.
Несмотря на то, что они образованы двумя электронами, которые являются фермионами, куперовские пары могут действовать как бозоны.
«Фермионные и бозонные системы обычно ведут себя очень по-разному. В отличие от отдельных фермионов, бозонам разрешено иметь одно и то же квантовое состояние, что означает, что они могут двигаться коллективно, как молекулы воды в ряби волны», — объяснил Валлес.
В 2019 году исследователи показали, что парные бозоны Купера могут проявлять металлическое поведение, то есть они могут проводить электричество с некоторым сопротивлением. Это само по себе было удивительным открытием, потому что элементы квантовой теории предполагали, что это явление невозможно.
Для нового исследования ученые хотели увидеть, являются ли бозонные металлы куперовской пары также странными металлами. Они использовали купратный материал — оксид иттрия-бария-меди — с узором из крошечных отверстий, которые индуцируют металлическое состояние куперовской пары.
Затем они охладили материал чуть выше его температуры сверхпроводимости, чтобы наблюдать за изменениями его проводимости. Они обнаружили, подобно фермионным странным металлам, металлическую проводимость куперовской пары, линейную с температурой.
«Наша работа показывает, что если вы собираетесь моделировать перенос заряда в странных металлах, эта модель должна применяться как к фермионам, так и к бозонам — даже несмотря на то, что эти типы частиц подчиняются принципиально разным правилам», — заявил ученый.
Читать далее:
Археологи обнаружили давно затерянный храм Геракла 9 века до нашей эры
Посмотрите на селфи, которое сделал китайский орбитальный зонд с Марсом
Ученые объяснили, почему Земля и Солнце находятся внутри огромного пузыря газа