Открытие нового «странного металла», обладающего квантовыми свойствами черных дыр
Для большинства обычных металлов, таких как медь и серебро, удельное электрическое сопротивление увеличивается с ростом температуры. Однако некоторые особые металлы, особенно высокотемпературные сверхпроводники, ведут себя иначе. Эти «странные металлы» интриговали ученых в течение многих лет. Поскольку эти металлы имеют общие фундаментальные квантовые свойства с черными дырами, они способны улучшить наше понимание квантового мира. Новые исследования могут привести к лучшему пониманию того, как они работают.
Странное поведение металлов было обнаружено почти 30 лет назад в материале типа оксида меди. Материалы на основе оксида меди известны как высокотемпературные сверхпроводники. Это явление до сих пор не до конца изучено, поэтому его относят к так называемым нетрадиционным сверхпроводникам. Для этого есть веские причины. Даже выше критической температуры для сверхпроводимости оксиды меди ведут себя иначе, чем другие металлы.
В стандартных металлах плотность электронов проводимости остается постоянной при повышении температуры, но тепловое возбуждение увеличивает частоту столкновений с атомной структурой металла, что приводит к рассеянию. В результате удельное сопротивление металла увеличивается с ростом температуры. Однако оно увеличивается только до определенной точки и остается постоянным при высоких температурах, как и предсказывает теория жидкости Ферми, которая устанавливает максимальную скорость, с которой электроны могут рассеиваться. В случае купратов удельное сопротивление увеличивается строго линейно с температурой. Теперь исследователи открыли новые аспекты этих странных металлов.
В 1952 году нобелевский лауреат Леон Купер (ныне выдающийся профессор физики в Университете Брауна) обнаружил, что в стандартных сверхпроводниках электроны объединяются в пары Купера, которые могут «скользить» по атомной решетке без сопротивления. Куперовские пары — это электроны, соединенные вместе при низких температурах. Электроны являются частицами Ферми (спин 1/2), но пары Купера — бозоны (целочисленный спин) и поэтому ведут себя совершенно по-другому.
Читайте также: Открытие потенциального источника энергии и нового минерала на Луне
16 декабря 2020 года капсула с образцами лунного грунта, взятыми китайским зондом «Чжан-5», приземлилась во Внутренней Монголии. Эти образцы были..
В отличие от отдельных культур, бозоны могут изолировать одно и то же квантовое состояние. Джим Бейлз, профессор физики в Университете Брауна и соавтор исследования, объясняет, что Бозоны могут демонстрировать поведение металлов. Это означает, что электричество может передаваться с сопротивлением. Согласно квантовой теории, это невозможно.
Поэтому Уоллес и его коллеги попытались определить, является ли пара купцов также странным металлом. Для этого они использовали оксид медальона итабарбера (YBA2CU3O7). Он имеет небольшие отверстия, которые вызывают образование пара Купера. Они нагревали материал до температуры, немного превышающей температуру сверхпроводимости, охлаждали его и наблюдали за изменениями в проводимости.
Результаты: подобно странному знакомому металлов, материал показал линейное сопротивление как функцию температуры и магнитного поля в широком диапазоне температур и магнитных полей. Впервые такое поведение наблюдалось в донной системе. Авторы исследования заявили, что они расширяют рамки феноменологии странных металлов на донную систему. Наши результаты позволяют предположить, что существуют фундаментальные принципы, которые управляют миграцией в дополнение к статистике частиц».
Как объяснялось выше, странные металлы, похоже, не следуют жидкой теории Ферми, но ученым еще предстоит объяснить, как они работают. Однако их удельное сопротивление и температурная зависимость явно связаны с двумя фундаментальными константами. Это постоянная энергия, которая является коэффициентом пропорциональности, связывающим энергию, выделяемую при случайной теплопередаче, с энергией фотона. с его частотой.
Таким образом, это новое открытие открывает новые возможности для изучения поведения странных металлов. «Если мы хотим смоделировать перенос заряда в чужих металлах, то эта модель должна быть применена как к фермиону, так и к кости. Несмотря на то, что эти типы частиц подчиняются радикально разным правилам», — резюмирует Валлес.
Теория странных металлов может предоставить базовую информацию для понимания таких явлений, как высокотемпературная сверхпроводимость, которую затем можно использовать для создания электрических сетей без потерь. А поскольку их поведение основано на фундаментальных константах Вселенной, они могут пролить свет на многие другие аспекты физического мира.
