美国布朗大学科学家发现“奇怪金属”


美国布朗大学科学家发现“奇怪金属”

美国布朗大学的科研人员近年对不遵循传统电学规则的“奇怪金属”材料进行了研究,发现了一种新型奇怪金属,在这种材料中,电荷不是由电子携带的,而是由更“波状”的名为“库珀对”的实体所携带。

电子属于一种叫做“费米子”的粒子,但“库珀对”是“玻色子”,它遵循与费米子不同的规则。这是首次在玻色子系统中发现奇怪金属行为,研究人员希望这一发现有助于解释奇怪金属的工作原理。

大约30年前,人们在一种叫做硝酸盐的高温超导体材料中首次发现了奇怪金属行为。在湿度高于超导临界温度后,随着湿度的升高,铜酸盐的电阻呈严格的线性増加。普通金属的电阻増加到一化程度后会在高温下保持恒定,这符合费米一液体理论。当在金属中流动的电子撞击到金属的原子结构时,就会产生电阻,导致它们散射。费米一液体理论设定了电子散射能发生的最大速率。但奇怪金属并不遵循费米-液体定律,也没有人知道它们是如何工作的。

1952年,诺贝尔奖得主Leon·Cooper发现,在普通超导体(不是后来发现的高温超导体)中,电子组成的“库珀对”可以在原子晶格中无阻力地移动。尽管“库珀对”是由两个费米子电子组成的,但可以作为玻色子。2019年,布朗大学的科研团队证明,“库珀对”玻色子可以产生金属行为,可以在有一定阻力的情况下导电。在这项最新的研究中,科研人员想知道玻色“库珀对”金属是否也是奇怪的金属。

研究小组使用了一种名为钇钡氧化铜的铜酸盐材料,上面有微小的孔洞,可以诱发“库珀对”的金属形态。研究小组将材料冷却到刚好高于超导湿度,观察其电导的变化。他们发现,像费米子奇异金属一样,“库珀对”金属的电导率也与温度成线性关系。奇怪金属行为可能是理解高温超导性的关健,这在无损电网和重子计算机等领域具有巨大的潜力。相关研究论文《Signatures of a strange metal in a bosonic system》已在Nature期刊上发表。

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投稿时间:2022-02-12  最后更新:2022-09-04

标签:布朗   玻色子   超导体   费米   奇怪   金属   超导   美国   发现   材料   大学   电子

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