Природа на что-то намекает: “Странные металлы” ведут себя как жидкость

Учёные из Университета Райс обнаружили, что так называемые "странные металлы" демонстрируют необычные свойства в экспериментах по изучению квантового шума. Опубликованные в журнале Science результаты измерений квантовых флуктуаций заряда, известных как "шум Шоттки", впервые показали, что электричество, кажется, переносится через странные металлы необычным образом, напоминающим жидкость, что не объясняется традиционными квазичастицами.

"Шум значительно подавлен по сравнению с обычными проводами," - сказал Даг Нателсон из Университета Райс, ведущий автор исследования. "Возможно, это свидетельствует о том, что квазичастицы не являются чётко определёнными объектами, или они просто отсутствуют, и заряд перемещается более сложными путями."

Эксперименты проводились на нанопроводах из квантового критического материала с точным соотношением иттербия, родия и кремния (YbRh2Si2). Этот материал обладает высокой степенью квантовой запутанности, что приводит к зависимости его свойств от температуры. При охлаждении ниже критической температуры материал мгновенно переходит из немагнитного состояния в магнитное. При температурах чуть выше критической пороговой отметки YbRh2Si2 становится "тяжёлым фермионным" металлом, в котором квазичастицы, переносящие заряд, в сотни раз тяжелее обычных электронов.

В металлах каждая квазичастица является результатом бесчисленных взаимодействий между электронами. Впервые предложенная 67 лет назад, квазичастица представляет собой концепцию, используемую физиками для представления комбинированного эффекта этих взаимодействий в виде одного квантового объекта.

Теоретические исследования предполагают, что носители заряда в странных металлах могут не быть квазичастицами. Эксперименты с шумом Шоттки позволили Нателсону и его коллегам собрать первые прямые эмпирические доказательства этой идеи. "Измерение шума Шоттки - это способ увидеть, насколько дискретным является заряд при его прохождении через что-либо," - пояснил Нателсон.

Технические сложности возникли при работе с кристаллами, выращенными из соотношения иттербия, родия и кремния 1-2-2. Например, кристаллические плёнки, выращенные в лаборатории Сильке Пашен из Технического университета Вены, должны были быть почти идеальными.

Кимиао Си, соавтор исследования из Университета Райс, отметил, что результаты согласуются с теорией квантовой критичности, которую он опубликовал в 2001 году. "Низкий шум Шоттки пролил свет на то, как носители зарядового тока переплетаются с другими агентами квантовой критичности," - сказал Си.

Нателсон подчеркнул, что большой вопрос заключается в том, могут ли подобные явления наблюдаться в других соединениях, демонстрирующих поведение странных металлов. "Иногда кажется, что природа намекает нам на что-то," - сказал Нателсон. "Поведение странных металлов проявляется во многих различных физических системах несмотря на то, что микроскопическая физика в каждой из них очень разная."