“奇異金屬”量子噪聲實驗挑戰傳統理論
發布時間：2023年12月13日
來源：科技日報
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美國萊斯大學科學家在最近的量子噪聲實驗中發現，一種“奇異金屬”量子材料出奇地安靜。發表在最新一期《科學》雜志上的研究，通過對量子電荷波動的測量，也就是“散粒噪聲”，提供了第一個直接證據，證明電流似乎以一種不尋常的類液體形式流經“奇異金屬”。但是，這種形式無法簡單地用準粒子的量化電荷包（“奇異金屬”中電荷的行為被描述為一組看似具有離散電荷的“包”或“團”）來解釋。
之前的一些理論研究表明，“奇異金屬”中的電荷可能不是由準粒子攜帶的。于是，研究人員決定用散粒噪聲實驗在YbRh2Si2晶體中測試這一理論。該晶體是一種由鐿、銠、硅組成的量子臨界材料，三者精確比例為1∶2∶2。奧地利維也納工業大學科學家曾證明，這種“奇異金屬”化合物含有高度量子糾纏，會產生一種溫度依賴行為，這與銀或金等正常金屬的行為非常不同。
散粒噪聲測量基本上是一種觀察電荷通過某物時顆粒有多大的方法，但這一實驗不能在單個宏觀晶體上進行，而是需要納米尺寸的樣本，比如極薄但完美結晶的薄膜。研究人員用厚度為人類頭發絲1/5000的薄膜制成了電線，結果發現，與普通電線相比，噪聲得到了極大的抑制。
研究人員表示，低散粒噪聲讓人們了解了電荷電流載流子如何與量子臨界性的其他因子糾纏在一起，而量子臨界性是“奇異金屬”豐度的基礎。研究人員經過計算排除了準粒子模型。實驗表明，在量子臨界點附近，電子受到極端條件的影響，導致它們的運動特性和行為出現顯著變化，而用傳統的準粒子來解釋可能不再有效。