Los físicos descubren que un metal extraño es inquietantemente silencioso en un experimento de ruido cuántico

Se ha demostrado que materiales que van desde fermiones pesados ​​hasta superconductores de alta temperatura exhiben un comportamiento metálico extraño. Las cuasipartículas transportan corriente en los metales ordinarios; Faltan datos experimentales directos que confirmen la ausencia de cuasipartículas en metales extraños.

En experimentos recientes con ruido cuántico en la Universidad Rice, los físicos descubrieron que un extraño material cuántico metálico exhibía un comportamiento extrañamente silencioso. Las mediciones del ruido de disparo, o fluctuaciones de carga cuántica, ofrecen la primera evidencia concreta de que la electricidad parece fluir a través de metales extraños en una forma líquida peculiar que desafía una explicación fácil en términos de cuasipartículas, que son paquetes de carga cuantificados.

Los experimentos se llevaron a cabo en cables a nanoescala de un material cuántico crítico (YbRh2Si2), precisamente una proporción 1-2-2 de iterbio, rodio y silicio. Los altos niveles de entrelazamiento cuántico en el material dan como resultado un comportamiento dependiente de la temperatura muy peculiar (o «extraño») que difiere significativamente del de metales comunes como la plata o el oro.

Al utilizar el procedimiento en cristales de YbRh2Si2 se encontraron importantes obstáculos técnicos. Las investigaciones sobre el ruido de disparo requieren muestras de tamaño nanoscópico en lugar de cristales macroscópicos individuales.

Por lo tanto, era necesario producir películas increíblemente delgadas pero perfectamente claras como el cristal, lo que Silke Paschen, Maxwell Andrews y sus asociados de TU Wien lograron después de casi diez años de ardua lucha. Luego, Chen tuvo que descubrir cómo hacer cables a partir de estas películas delgadas, aproximadamente 5.000 veces más delgadas que un cabello humano, manteniendo este grado de precisión.

Qimiao Si, coautor de Rice y teórico principal del estudio, dijo: “El ruido de disparo bajo proporcionó nuevos conocimientos sobre cómo los portadores de corriente de carga se entrelazan con otros agentes de la criticidad cuántica que subyace a la extraña metalicidad. En esta teoría de la criticidad cuántica, los electrones son empujados al borde de la localización y las cuasipartículas se pierden en todas partes de la superficie de Fermi.

Doug Natelson de Rice, autor correspondiente del estudio, dicho, “El ruido se suprime considerablemente en comparación con los cables normales. Quizás esto sea evidencia de que las cuasipartículas no son cosas bien definidas o simplemente no existen, y que la carga se mueve de maneras más complejas. Necesitamos encontrar el vocabulario adecuado para hablar sobre cómo las cargas pueden evolucionar colectivamente.

“A veces parece como si la naturaleza te estuviera diciendo algo. Esta “extraña metalicidad” aparece en muchos sistemas físicos diferentes, a pesar de que la física microscópica subyacente es muy diferente. En los superconductores de óxido de cobre, por ejemplo, la física microscópica es muy, muy diferente de la del sistema de fermiones pesados ​​que estudiamos. »

«Todos parecen tener esta resistividad de temperatura lineal característica de metales extraños, y uno tiene que preguntarse si hay algo genérico que sea independiente de los componentes microscópicos que contienen».

Referencia de la revista:

1. Liyang Chen, Dale T. Lowder, Emine Bakali, Aaron M. Andrews, Werner Schrenk, Monika Waas, Robert Svagera, Gaku Eguchi, Lukas Prochaska, Yiming Wang, Chandan Setty, Shouvik Sur, Qimiao Si, Silke Paschen y Douglas Natelson. Sonido de disparos en metal extraño. Ciencia. YO: 10.1126/ciencia.abq6100