Bật công tắc trên bất kỳ loại thiết bị điện nào sẽ giải phóng một loạt các hạt tích điện di chuyển theo nhịp điện áp của mạch.

Nhưng một khám phá mới về những vật liệu kỳ lạ được gọi là kim loại kỳ lạ đã phát hiện ra rằng điện không phải lúc nào cũng chuyển động theo từng bước và trên thực tế đôi khi có thể chảy ra theo cách khiến các nhà vật lý phải đặt câu hỏi về những gì chúng ta biết về bản chất của các hạt.

Nghiên cứu được tiến hành trên các dây nano được chế tạo từ sự cân bằng chính xác của ytterbium, rhodium và silicon (YbRh).₂xấu₂).

Bằng cách thực hiện một loạt thí nghiệm định lượng trên các dây nano này, các nhà nghiên cứu từ Hoa Kỳ và Áo đã phát hiện ra bằng chứng có thể giúp giải quyết cuộc tranh luận về bản chất của dòng điện trong kim loại không hành xử theo cách thông thường.

Nó được phát hiện vào cuối thế kỷ trước Trong một loại hợp chất gốc đồng được biết là không có khả năng chống lại dòng điện ở nhiệt độ tương đối ấm, Khoáng sản kỳ lạ Nó trở nên có khả năng kháng điện cao hơn khi được nung nóng, giống như bất kỳ kim loại nào khác.

Tuy nhiên, nó thực hiện điều này theo một cách hơi kỳ lạ, trong đó điện trở tăng một lượng nhất định đối với mỗi mức tăng nhiệt độ.

Ở kim loại thông thường, điện trở thay đổi tùy theo nhiệt độ và ổn định khi vật liệu đủ nóng.

Sự biến đổi trong quy luật điện trở này cho thấy dòng điện trong kim loại lạ không hoạt động theo cách hoàn toàn giống nhau. Vì lý do nào đó, cách các hạt mang điện trong các kim loại lạ tương tác với các hạt xô đẩy xung quanh chúng khác với cách các electron chuyển động theo hình zig-zag trong một quả bóng pin ở sợi dây trung bình.

Những gì chúng ta có thể hình dung là một dòng bóng tích điện âm chảy qua một ống nguyên tử đồng thì phức tạp hơn một chút. Điện cuối cùng là một vật chất lượng tử, trong đó các tính chất của một số hạt hài hòa để hoạt động như những đơn vị đơn lẻ được gọi là giả hạt.

Liệu các loại giả hạt giống nhau có giải thích được hành trạng điện trở bất thường của các kim loại lạ hay không là một câu hỏi mở, vì một số lý thuyết và thí nghiệm cho thấy rằng các hạt như vậy có thể mất tính toàn vẹn trong những điều kiện thích hợp.

Để làm rõ liệu có sự di chuyển ổn định của các giả hạt trong dòng electron trong kim loại lạ hay không, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một hiện tượng gọi là… Tiếng ồn lửa.

Nếu bạn có thể làm chậm thời gian để bò, các photon ánh sáng phát ra từ ngay cả tia laser chính xác nhất cũng sẽ phát nổ và phân tán với tất cả khả năng dự đoán của mỡ thịt xông khói nóng hổi. “Tiếng ồn” này là một đặc điểm của xác suất lượng tử và có thể cung cấp thước đo chi tiết về các điện tích khi chúng chạy qua dây dẫn.

“Ý tưởng là nếu tôi điều khiển một dòng điện, thì nó được tạo thành từ nhiều hạt mang điện riêng biệt,” ông nói. Anh ta nói Tác giả cao cấp Doug Natelson, nhà vật lý tại Đại học Rice ở Mỹ.

“Những thứ này đạt tốc độ trung bình, nhưng đôi khi chúng ở gần nhau hơn về mặt thời gian, và đôi khi chúng lại cách xa nhau hơn.”

Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy các phép đo tiếng ồn khi bắn trong mẫu YbRh cực mỏng của họ₂xấu₂ Chúng bị ức chế rất nhiều theo những cách mà các tương tác điển hình giữa các electron và môi trường của chúng không thể giải thích được, cho thấy rằng các giả hạt có lẽ không tồn tại.

Thay vào đó, điện tích giống chất lỏng hơn dòng điện tìm thấy trong kim loại thông thường, một phát hiện ủng hộ quan điểm đó. Mô hình đề xuất Hơn 20 năm trước bởi tác giả đóng góp Kimiao Si, một nhà vật lý vật chất ngưng tụ từ Đại học Rice.

Lý thuyết Si về vật liệu ở nhiệt độ gần bằng 0 mô tả cách thức mà các electron ở những vị trí cụ thể không còn có chung các đặc tính cho phép chúng hình thành các giả hạt.

Mặc dù về nguyên tắc, hành vi quasiparticle thông thường có thể bị loại trừ, nhưng nhóm nghiên cứu không hoàn toàn chắc chắn về dạng dòng “lỏng” này, hoặc thậm chí liệu nó có thể được tìm thấy trong các công thức kim loại kỳ lạ khác hay không.

“Có lẽ đây là bằng chứng cho thấy các giả hạt không phải là những thứ được xác định rõ ràng hoặc không tồn tại, và điện tích chuyển động theo những cách phức tạp hơn. Chúng ta phải tìm ra từ vựng phù hợp để nói về cách điện tích chuyển động tập thể.” Anh ta nói Natelson.

Nghiên cứu này đã được công bố trên Khoa học.