Физики исследуют тайны странных металлов

 Физики узнают больше о странном поведении «странных металлов», которые действуют за пределами обычных законов электричества.

Физик-теоретик из Университета Цинциннати Яшар Комиджани работал с международной группой физиков-экспериментаторов и физиков-теоретиков над изучением свойств странных металлов. (Фото: phys.org)

Физик-теоретик Яшар Комиджани, доцент Университета Цинциннати, участвовал в международном эксперименте с использованием странного металла, изготовленного из сплава иттербия, редкоземельного металла. Физики из лаборатории в Хиого, Япония, обстреляли странный металл радиоактивными гамма-лучами, чтобы наблюдать за его необычным электрическим поведением.

Исследование, проведенное Хисао Кобаяши из Университета Хиого и RIKEN. Эксперимент выявил необычные колебания электрического заряда странного металла.

«Идея состоит в том, что в металле есть море электронов, движущихся на заднем плане по решетке ионов», — сказал Комиджани. «Но с квантовой механикой происходит чудесная вещь. Вы можете забыть о сложностях решетки ионов. Вместо этого они ведут себя так, как будто находятся в вакууме».

Komijani в течение многих лет исследует тайны странных металлов в связи с квантовой механикой.

«Вы можете положить что-то в черный ящик, и я могу многое рассказать вам о том, что внутри него, даже не глядя на него, просто измеряя такие вещи, как удельное сопротивление, теплоемкость и проводимость», — сказал он.

«Но когда дело доходит до странных металлов, я понятия не имею, почему они демонстрируют такое поведение. Загадка заключается в том, что происходит внутри этой странной системы. Вот в чем вопрос».

Странные металлы представляют интерес для широкого круга физиков, изучающих все, от физики элементарных частиц до квантовой механики. Одна из причин заключается в их странно высокой проводимости, по крайней мере, при экстремально низких температурах, что дает им потенциал в качестве сверхпроводников для квантовых вычислений.

«Что действительно интересно в этих новых результатах, так это то, что они дают новое представление о внутреннем механизме странного металла», — сказал соавтор исследования Пирс Коулман, выдающийся профессор Университета Рутгерса.

«Эти металлы обеспечивают основу для новых форм электронной материи, особенно для экзотических и высокотемпературных сверхпроводников», — сказал он.

Коулман сказал, что еще слишком рано рассуждать о том, какие новые технологии могут вдохновить странные металлы.

«Говорят, что после того, как Майкл Фарадей открыл электромагнетизм, британский канцлер Уильям Гладстон спросил, для чего это нужно, — сказал Коулман. «Фарадей ответил, что, хотя он и не знает, но уверен, что однажды правительство обложит его налогом».

Открытия Фарадея открыли мир инноваций.

«Мы примерно так же относимся к этому странному металлу, — сказал Коулман. «Металлы сегодня играют такую центральную роль — медь, архетипический традиционный металл, используется во всех устройствах, во всех линиях электропередач, повсюду вокруг нас».

Коулман сказал, что когда-нибудь странные металлы могут быть такими же вездесущими в наших технологиях.

Японский эксперимент был новаторским отчасти из-за того, что исследователи создали гамма-частицы с помощью ускорителя частиц, называемого синхротроном.

«В Японии используют синхротрон, как в ЦЕРН [Европейская организация ядерных исследований], который ускоряет протон и разбивает его о стену, испуская гамма-лучи», — сказал Комиджани. «Таким образом, у них есть источник гамма-излучения по требованию без использования радиоактивного материала».

Исследователи использовали спектроскопию для изучения воздействия гамма-лучей на странный металл.

Исследователи также изучили скорость колебаний электрического заряда металла, которая занимает всего наносекунду — миллиардную долю секунды. Комиджани сказал, что это может показаться невероятно быстрым.

«Однако в квантовом мире наносекунда — это вечность», — сказал он. «Долгое время мы задавались вопросом, почему эти колебания на самом деле такие медленные. Мы с сотрудниками выдвинули теорию о том, что могут быть колебания решетки, и это действительно так».

Источник