研究人員在調查一種被稱為”Y球”的化合物時，發現了研究和理解其行為的新方法，該化合物屬於一類神秘的”奇怪的金屬”，被認為對先進量子材料的發展至關重要。實驗的結果可能有助於創造顛覆性的技術和設備。

羅格斯文理學院物理和天文學系羅格斯材料理論中心特聘教授、參與該研究的理論家之一皮爾斯-Coleman說：”量子材料很可能會推動下一代技術的發展，而奇怪的金屬將成為其中的一部分。我們知道像Y型球這樣的奇怪金屬表現出的特性需要被理解，以開發這些未來的應用。我們非常肯定，了解這種奇怪的金屬將給我們帶來新的想法，並將幫助我們設計和發現新的材料。”

來自羅格斯大學、兵庫大學、日本東京大學、辛辛那提大學和約翰霍普金斯大學的一個國際研究小組在《科學》雜誌上報告說，他們描述了電子運動的細節，為Y型球的不尋常電性能提供了新的見解。這種材料在技術上被稱為YbAlB4化合物，含有鐿、鋁和硼元素。它被已故的羅格斯大學材料理論中心的創始主任Elihu Abrahams暱稱為”Y球”。

實驗顯示，這種奇怪的金屬的電荷有不尋常的波動。研究人員說，這項工作是開創性的，因為實驗人員以新穎的方式檢查Y球，用同步加速器（一種粒子加速器）向它發射伽馬射線。

羅格斯大學的團隊–包括Coleman、物理學教授Premala Chandra和前博士後研究員Yashar Komijani（現在是辛辛那提大學的助理教授）–多年來一直在探索奇怪金屬的奧秘。他們通過量子力學的框架來做這件事，量子力學是管理超小領域的物理定律，是自然界的組成部分，如電子的家園。

使用一種被稱為莫斯鮑爾光譜學的技術來分析這種材料，科學家們用伽馬射線探測Y球，測量這種奇怪金屬的電荷波動速度。在傳統的金屬中，當它們移動時，電子在原子中跳進跳出，導致它們的電荷波動，但其速度快了數千倍，無法通過摩斯鮑爾光譜學看到。在這種情況下，這種變化發生在納秒，即十億分之一秒內。

Komijani說：”在量子世界中，納秒是一個永恆的過程。很長時間以來，我們一直在想，為什麼這些波動實際上如此緩慢。每次一個電子跳入一個鐿原子時，它在那裡停留足夠長的時間來吸引周圍的原子，使它們移入和移出。電子和原子的這種同步舞蹈使整個過程變慢，從而可以被摩斯鮑爾看到。令我們高興的是，他們檢測到了這些振動。”

當電流流經傳統金屬，如銅，隨機原子運動使電子散開，造成摩擦，稱為電阻。隨著溫度的升高，電阻以一種複雜的方式增加，在某一點上，它達到一個高原。

然而，在奇怪的金屬如Y型球中，電阻隨溫度線性增加，這是一個簡單得多的行為。此外，進一步促進了它們的”奇怪性質”，當Y型球和其他奇怪的金屬被冷卻到低溫時，它們往往成為超導體，完全不表現出電阻。

具有最高超導溫度的材料就屬於這個奇怪的家族。因此，這些金屬非常重要，因為它們為新形式的電子物質提供了畫布–特別是奇異的高溫超導性。

超導材料有望成為下一代量子技術的核心，因為在消除所有的電阻後，它們允許電流以量子力學的方式同步流動。研究人員認為他們的工作為未來打開了一扇門，也許是難以想像的可能性。

Coleman說：”在19世紀，當人們試圖弄清電和磁的時候，他們不可能想像到下一個世紀，它完全是由這種理解所推動的。因此，今天也是如此，當我們使用’量子材料’這個模糊的短語時，我們無法真正設想它將如何改變我們子孫的生活。”