物理實驗揭開了特異金屬的怪異屬性之謎
辛辛那提大學(UC)的物理學家們正在進一步了解”奇怪的金屬”的怪異行為,這些金屬在正常的電力規則之外運作。理論物理學家Yashar Komijani是加州大學文理學院的助理教授,他為一項國際實驗做出了貢獻,該實驗使用一種由稀土金屬鐿的合金製成的奇怪金屬。
日本兵庫縣一個實驗室的物理學家向這種特異的金屬發射放射性伽馬射線,以觀察其不尋常的電學行為。
由兵庫大學和日本理化學研究所的小林久雄領導,這項研究發表在《科學》雜誌上。該實驗揭示了這種特異的金屬電荷的不尋常波動。
辛辛那提大學的理論物理學家Yashar Komijani與一個由實驗和理論物理學家組成的國際團隊合作,探索特異金屬的特性
Komijani說:”我們的想法是,在金屬中有一片電子海在離子晶格的背景中移動,但是量子力學發生了一件奇妙的事情。你可以忘記離子晶格的複雜情況。相反,它們的行為就像它們在真空中一樣。”
Komijani多年來一直在探索與量子力學有關的特異金屬的奧秘。他說:”你可以把東西放在一個黑盒子裡,我甚至不用看它就可以告訴你很多關於它裡面的東西,只是通過測量電阻率、熱容量和傳導性等東西。但是當涉及到特異的金屬時,我不知道為什麼它們會表現出這樣的行為。謎團是為什麼在一個強相關的量子系統中,電荷的波動如此緩慢?”
特異的金屬對研究從粒子物理到量子力學的各種物理學家都很感興趣。原因之一是它們奇特的高導電性,至少在極冷的溫度下是如此,這使它們有可能成為量子計算的超導體。
“這些新結果真正令人振奮的地方在於,它們為陌生金屬的內部機制提供了新的見解,”研究報告的共同作者、羅格斯大學的傑出教授皮爾斯-科爾曼說。”這些金屬為新形式的電子物質提供了畫布–特別是奇特的高溫超導性。科爾曼說,現在猜測特異的金屬可能激發什麼新技術還為時過早。
Yashar Komijani與一個由實驗和理論物理學家組成的國際團隊合作,探索特異的金屬
據說在邁克爾-法拉第發現電磁學後,英國首相威廉-格萊斯頓問它有什麼用,法拉第回答說,雖然他不知道,但他肯定有一天政府會對它徵稅。果然,法拉第的發現開啟了一個創新的世界。金屬今天扮演著如此重要的角色–銅,典型的傳統金屬,存在於所有的設備中,所有的電源線,在我們周圍,而這種特異的金屬有一天可能在我們的技術中同樣無處不在。
他說:”關於特異金屬的大問題是它們的尺度不變性的起源–它們的’量子臨界性’,當實驗者要嘗試在其他特異的金屬上複製我們的結果時,我們在加州大學和羅格斯大學的團隊將嘗試把我們的新發現折合成一個新的特異金屬理論。”
該實驗具有開創性,部分原因是研究人員使用一種叫做同步輻射的粒子加速器創造伽馬粒子的方式。Komijani說:”在日本,研究人員會使用一個同步加速器,就像他們在歐洲核子研究中心[歐洲核子研究組織]所擁有的那樣,加速一個質子並把它砸到牆上,它就會發射出伽馬射線。所以他們有一個按需提供的伽馬射線源,而不使用放射性材料。”
研究人員使用光譜學來研究伽馬射線對這種特異金屬的影響,還測量了這種金屬的電荷波動速度,這種波動只需要一納秒–十億分之一秒,這可能看起來快得令人難以置信。
然而,在量子世界中,一納秒是一個永恆的時間。”長期以來,我們一直在想,為什麼這些波動實際上如此緩慢。我們與合作者提出了一個理論,即可能存在晶格的振動,而事實的確如此。”