Elektriciteit zien stromen als een vloeistof in vreemde mineralen: ScienceAlert

Als u een schakelaar op een willekeurig elektrisch apparaat omdraait, komt er een reeks geladen deeltjes vrij die bewegen op het ritme van de spanning van het circuit.

Maar een nieuwe ontdekking in vreemde materialen, bekend als exotische metalen, heeft uitgewezen dat elektriciteit niet altijd in stappen beweegt, en soms zelfs kan bloeden op een manier die natuurkundigen doet twijfelen aan wat we weten over de aard van deeltjes.

Het onderzoek werd uitgevoerd op nanodraden gemaakt van een nauwkeurig evenwicht van ytterbium, rhodium en silicium (YbRh).₂slecht₂).

Door een reeks kwantitatieve experimenten met deze nanodraden uit te voeren, hebben onderzoekers uit de Verenigde Staten en Oostenrijk bewijsmateriaal ontdekt dat zou kunnen helpen het debat over de aard van elektrische stromen in metalen die zich niet op een conventionele manier gedragen, te beslechten.

Het werd eind vorige eeuw ontdekt In een klasse van op koper gebaseerde verbindingen waarvan bekend is dat ze niet bestand zijn tegen stromen bij relatief warme temperaturen, Exotische mineralen Het wordt beter bestand tegen elektriciteit bij verhitting, net als elk ander metaal.

Dit gebeurt echter op een wat vreemde manier, waarbij de weerstand met elke graad temperatuurstijging met een bepaald bedrag toeneemt.

Bij gewone metalen varieert de weerstand afhankelijk van de temperatuur, en stabiliseert zich zodra het materiaal warm genoeg wordt.

Deze variatie in weerstandsregels geeft aan dat stromen in exotische metalen niet op precies dezelfde manier werken. Om de een of andere reden is de manier waarop ladingdragende deeltjes in exotische metalen interageren met de verdringende deeltjes eromheen anders dan het zigzaggen van elektronen in een flipperkast in de gemiddelde draadstreng.

Wat we ons kunnen voorstellen als een stroom negatief geladen ballen die door een buis met koperatomen stroomt, is iets complexer. Elektriciteit is uiteindelijk een kwantumkwestie, waarbij de eigenschappen van een aantal deeltjes harmoniseren en zich gedragen als afzonderlijke eenheden die bekend staan ​​als quasideeltjes.

Of dezelfde soorten quasideeltjes het ongebruikelijke weerstandsgedrag van exotische metalen verklaren, is een open vraag, aangezien sommige theorieën en experimenten suggereren dat dergelijke deeltjes onder de juiste omstandigheden hun integriteit kunnen verliezen.

Om te verduidelijken of er sprake is van een gestage opmars van quasideeltjes in de stroom van elektronen in exotische metalen, gebruikten de onderzoekers een fenomeen genaamd… Vuur geluid.

Als je de tijd zou kunnen vertragen tot een kruip, zouden de lichtfotonen die door zelfs de meest nauwkeurige laser worden uitgezonden, exploderen en verstrooien met de voorspelbaarheid van zinderend spekvet. Deze ‘ruis’ is een kenmerk van kwantumwaarschijnlijkheid en kan een maatstaf zijn voor de details van ladingen terwijl ze door de geleider stromen.

“Het idee is dat als ik een stroom aanstuur, deze bestaat uit een aantal afzonderlijke ladingsdragers”, zei hij. Hij zegt Senior auteur Doug Natelson, natuurkundige aan de Rice University in de VS.

“Deze komen met een gemiddelde snelheid aan, maar soms liggen ze dichter bij elkaar in de tijd, en soms liggen ze verder uit elkaar.”

Het team vond metingen van schotgeluid in hun extreem dunne monster van YbRh₂slecht₂ Ze werden sterk onderdrukt op manieren die typische interacties tussen elektronen en hun omgeving niet konden verklaren, wat erop wijst dat quasideeltjes waarschijnlijk niet bestonden.

In plaats daarvan was de lading vloeibaarder dan de stromen die in conventionele metalen worden aangetroffen, een bevinding die dit ondersteunt Voorgesteld model Meer dan twintig jaar geleden door de bijdragende auteur Kimiao Si, een fysicus van de gecondenseerde materie aan de Rice University.

De Si-theorie van materialen bij temperaturen van bijna nul beschrijft de manier waarop elektronen op specifieke locaties niet langer eigenschappen delen waardoor ze quasideeltjes kunnen vormen.

Hoewel conventioneel gedrag van quasideeltjes in principe kan worden uitgesloten, weet het team niet helemaal zeker welke vorm deze ‘vloeibare’ stroom aanneemt, en zelfs niet of deze in andere exotische metaalrecepten kan worden aangetroffen.

“Misschien is dit een bewijs dat quasideeltjes geen goed gedefinieerde dingen zijn of niet bestaan, en dat ladingsbewegingen op complexere manieren plaatsvinden. We moeten de juiste woordenschat vinden om te praten over hoe ladingen collectief bewegen.” Hij zegt Natelson.

Dit onderzoek is gepubliceerd in Wetenschappen.