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‘Reluctant’金属做出了新的事情

26 Aug 2020 Isabelledumé.
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奇怪的金属在一个分离金属旋转玻璃和费米液体的制度中出现。信贷:P. Cha 国家科学院/前往国家科学院 2020

所谓的“奇怪”金属的第一稳健计算模型透露,它们实际上是一种新的物质状态。由康奈尔大学的物理学家和纽约州的Flatiron Institute开发的模型可以推进我们对其他相关量子材料的理解,例如高温超导体和甚至是黑洞。

奇怪的金属从他们电子的特殊行为中获得他们的名字。与普通金属中的电子不同,它在很少的相互作用和几乎没有抵抗力,奇怪的金属中的电子移动,并且以限制的方式移动。它们还以量子力学基本规律允许的最快速率消散能量。从这个意义上讲,奇怪的金属位于金属和绝缘体之间的某个地方,这具有占据固定位置的强烈相互作的电子。

但他们的陌生性并没有结束那里。超过30年,研究人员对此事实困扰着奇怪的金属在冷却以下(相对高)临界温度下时可以成为超导体。虽然这种行为的模型已经存在了一段时间,但由于电子被缠绕,因此不能准确解决,这意味着它们不能被视为单独的颗粒。更重要的是,任何真实的材料都将具有巨大的电子,使得确切的解决方案是不可能的。

普通金属和绝缘体之间的过渡

一个研究人员团队领导 Eun-Ah Kim康奈尔的物理系 现在使用两种方法的组合解决了这个问题。首先,他们使用基于20世纪90年代开发的方法的“量子嵌入”技术由团队成员Antoine Georges Flatiron Institute的计算量子物理中心 (CCQ)。在这里,研究人员对系统中的一些原子进行了详细的计算,而不是整个量子系统。然后,它们使用了量子蒙特卡罗算法,它依赖于原子的随机抽样,以解决奇怪金属的模型,使其下降到绝对零。

所得模型的关键特征是Kim解释的,即当电子的动能低时,它们的位置变得更加固定,系统进入所谓的旋转玻璃绝缘体状态。在这种状态下,电子旋转之间的随机相互作用不允许单独的旋转以与其邻居的旋转相同的方向,导致“挫折”和旋转的随机对准。

相反,当动能高时,电子自由移动,并且系统进入称为费米液体的弱相互作用状态。在这种状态下,大量的电子可以被建模为非相互作用的Quasiply,每个电子具有超过自由电子的有效质量。 Fermi-液体模型良好地预测常规金属的性质 - 包括在低温下,在低温下,传统金属鳞片与其温度的平方的电阻。

金指出这种缩放不适用于奇怪的金属。相反,它们的导电性在温度下线性取决于温度,普朗克和Boltzmann常数出现为缩放因子。因此,奇怪的金属有时被称为非费米液体,或者作为普拉克尼金属。

一个“不情愿”的金属

通过调节其模型中电子的动能和相互作用能量之间的比率,研究人员能够将其模型系统驱动到普通金属和相互作用的绝缘体之间的过渡的边缘。此时,奇怪的金属出现为一种新的物质状态,接壤了这两个已知的阶段。

“我们发现的相位空间中有一个整个地区,它表现出普朗斯行为,而不是属于我们之间的两个阶段中的任何一个,”Kim说。在这种量子旋转液态中,电子没有完全锁定,但它们也没有完全自由,她补充道 - 制造材料金属,但只“不情愿”所以。

新结果,详细说明 pnas.,可以在高温超导体物理学上阐明新鲜的光线,这与普朗克金属有关,因为它们的电阻不会随温度预期而变化。更令人惊讶的是,它也可能有与天体物理学的联系。像奇怪的金属一样,黑洞有属性(例如黑洞的时间长度“在与另一个黑洞合并后的”之后“的共鸣,这些是依赖于温度和普朗克和Boltzmann常数。 “你在所有这些不同的系统中发现相同的缩放的事实是迷人的,”团队成员 Olivier Parcollet. 的 the CCQ.

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