Bilim adamları uzun zamandır garip metallerin gizemlerini çözmeye çalıştılar – geleneksel elektrik ve manyetizma kurallarına meydan okuyan malzemeler. Şimdi, Rice Üniversitesi’ndeki bir fizikçi ekibi, kuantum bilgi biliminden bir araç kullanarak bu alanda bir atılım yaptı. Son zamanlarda yayınlanan çalışmaları Doğa İletişimigarip metallerdeki elektronların, bu esrarengiz malzemelerin davranışına yeni bir ışık tutarak önemli bir devrilme noktasına daha fazla dolaştığını ortaya koymaktadır. Keşif, gelecekte enerji kullanımını dönüştürme potansiyeli olan süper iletkenlerdeki ilerlemelerin yolunu açabilir.
Bakır veya altın gibi iyi anlaşılmış elektriksel özelliklere sahip geleneksel metallerin aksine, garip metaller çok daha karmaşık şekillerde davranırlar ve iç çalışmalarını ders kitabı açıklaması alanının ötesinde yapar. Qimiao SI, Harry C. ve Olga K. Wiess Fizik ve Astronomi Profesörü liderliğindeki araştırma ekibi, elektron etkileşimlerinin aşırı koşullar altında nasıl geliştiğini ölçmek için kullanılan kuantum metrolojisinden (QFI) döndü. Araştırmaları, temel bir kuantum fenomeni olan elektron dolaşımının kuantum kritik bir noktada zirve yaptığını göstermektedir: iki madde durumu arasındaki geçiş.
Si, “Bulgularımız, garip metallerin egzotik davranışlarını anlamak için yeni bir lens sunan benzersiz bir dolaşma modeli sergilediğini ortaya koyuyor.” Dedi. “Kuantum bilgi teorisinden yararlanarak, daha önce erişilemeyen derin kuantum korelasyonlarını ortaya çıkarıyoruz.”
Garip metalleri incelemenin yeni bir yolu
Çoğu metalde, elektronlar iyi kurulmuş fizik yasalarını izleyerek düzenli bir şekilde hareket eder. Bununla birlikte, garip metaller, elektriğe alışılmadık bir direnç göstererek ve çok düşük sıcaklıklarda olağandışı yollarla davranarak bu kuralları çiğniyor. Bu bulmacayı keşfetmek için araştırmacılar, manyetik momentlerin çevreleyen elektronlarla nasıl etkileşime girdiğini açıklayan Kondo kafesi adı verilen teorik bir modele odaklandılar.
Kritik bir geçiş noktasında, bu etkileşimler o kadar yoğun hale gelir ki, quasipartiküller olarak bilinen elektriksel davranışın temel yapı taşları yok olur. QFI kullanarak araştırmacılar, elektron dönüşlerinin nasıl dolaştığına dair bu quasipartikül kaybının kökenini izlediler, bu da dolaşmanın bu kuantum kritik noktada zirveye ulaştığını buldular.
Bu yeni yaklaşım, esas olarak kuantum bilgisi ve hassas ölçümlerde kullanılan QFI’yi metallerin incelenmesine uygular.
Si, “Kuantum bilgi bilimini yoğun madde fiziği ile entegre ederek, malzeme araştırmalarında yeni bir yönde dönüyoruz.” Dedi.
Daha verimli enerjiye olası yol
Araştırmacıların teorik hesaplamaları beklenmedik bir şekilde eşleşti, özellikle atom düzeyinde materyalleri araştırmak için kullanılan bir teknik olan esnek olmayan nötron saçılmasından kaynaklanan sonuçlarla hizalandı. Bu bağlantı, kuantum dolaşmanın garip metallerin davranışında temel bir rol oynadığı fikrini güçlendirir.
Garip metalleri anlamak akademik bir zorluktan daha fazlasıdır; Önemli teknolojik faydaları olabilir. Bu malzemeler, enerji kaybı olmadan elektriği iletme potansiyeline sahip yüksek sıcaklık süper iletkenlerle yakın bir bağlantı paylaşır. Mülklerinin kilidini açmak güç ızgaralarında devrim yaratabilir ve enerji iletimini daha verimli hale getirebilir.
Çalışma ayrıca kuantum bilgi araçlarının diğer egzotik materyallere nasıl uygulanabileceğini göstermektedir. Garip metaller, gelişmiş dolaşmanın değerli bir kaynak olduğu gelecekteki kuantum teknolojilerinde rol oynayabilir. Araştırma, dolaşma zirvesi ne zaman göstererek bu karmaşık malzemeleri karakterize etmek için yeni bir çerçeve sunmaktadır.
Araştırma ekibi, Rice’s Yuan Fang, Yiming Wang, Mounica Mehankali ve Lei Chen ile birlikte Donostia Uluslararası Fizik Merkezi’nden Haoyu Hu ve Viyana Teknoloji Üniversitesi’nden Silke Paschen’i içeriyordu.
