新發(fā)現(xiàn)幫助研究人員理解“奇怪金屬”與黑洞“共享”基本的量子屬性

2025-12-09 12:59:30 分類：焦點(diǎn) 閱讀(443)

新發(fā)現(xiàn)幫助研究人員理解“奇怪金屬”與黑洞“共享”基本的量子屬性
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)cnBeta：根據(jù)布朗大學(xué)科學(xué)家們的一項(xiàng)新研究，他們的新發(fā)現(xiàn)幫享基性新發(fā)現(xiàn)可以幫助研究人員理解“奇怪金屬”，這是助研一類與高溫超導(dǎo)體有關(guān)的材料，與黑洞“共享”基本的究人解黑量子屬性。
科學(xué)家對溫度如何影響大多數(shù)日常金屬（如銅或銀）的員理導(dǎo)電性能了解得相當(dāng)清楚。但是洞共近年來，研究人員已經(jīng)將他們的量屬注意力轉(zhuǎn)向了一類似乎不遵循傳統(tǒng)電學(xué)規(guī)則的材料。了解這些所謂的奇怪金屬"奇怪金屬"可以提供對量子世界的基本見解，并有可能幫助科學(xué)家理解像高溫超導(dǎo)這樣的新發(fā)現(xiàn)幫享基性奇怪現(xiàn)象。
現(xiàn)在，助研一個由布朗大學(xué)物理學(xué)家共同領(lǐng)導(dǎo)的究人解黑研究小組為奇怪的金屬組合增加了一個新的發(fā)現(xiàn)。在《自然》雜志上發(fā)表的員理研究中，該小組在一種材料中發(fā)現(xiàn)了"奇怪金屬"行為，洞共在這種材料中，量屬電荷不是奇怪金屬由電子攜帶，而是由稱為庫珀對的更多“波狀”實(shí)體攜帶。
雖然電子屬于一類被稱為費(fèi)米子的粒子，但庫珀表現(xiàn)為玻色子時，它遵循與費(fèi)米子非常不同的規(guī)則。這是研究人員第一次在玻色子系統(tǒng)中看到"奇怪金屬"行為，他們希望這一發(fā)現(xiàn)可能有助于找到對"奇怪金屬"如何工作的解釋--這一點(diǎn)幾十年來一直困擾著科學(xué)家。
“我們有這兩種根本不同類型的粒子，它們的行為在一個謎團(tuán)周圍匯聚，”布朗大學(xué)物理學(xué)教授、該研究的通訊作者Jim Valles說。“這說明的是，任何解釋奇怪金屬行為的理論都不能專門針對這兩種類型的粒子。它需要比這更基本。”
“奇怪金屬”行為大約在30年前首次在一類叫做銅酸鹽的材料中被發(fā)現(xiàn)。這些銅氧化物材料因?yàn)槭歉邷爻瑢?dǎo)體而最為著名，這意味著它們在遠(yuǎn)高于普通超導(dǎo)體的溫度下以零電阻導(dǎo)電。但是，即使在高于超導(dǎo)臨界溫度的溫度下，與其他金屬相比，銅酸鹽的行為也很奇怪。
隨著溫度的升高，銅氧化物的電阻以嚴(yán)格的線性方式增加。在正常的金屬中，電阻只增加到目前為止，在高溫下變得恒定，這與所謂的費(fèi)米液體理論相一致。當(dāng)在金屬中流動的電子撞上金屬的振動原子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致它們散開時，就會產(chǎn)生電阻。費(fèi)米液體理論為電子散射的發(fā)生設(shè)定了一個最大速率。但是“奇怪金屬”并不遵循費(fèi)米-液體規(guī)則，而且沒有人確定它們是如何工作的。科學(xué)家們所知道的是，奇怪金屬中的溫度-電阻關(guān)系似乎與自然界的兩個基本常數(shù)有關(guān)。玻爾茲曼常數(shù)，它代表隨機(jī)熱運(yùn)動產(chǎn)生的能量，以及普朗克常數(shù)，它與光子（一種光的粒子）的能量有關(guān)。
“為了試圖理解在這些奇怪金屬中發(fā)生的事情，人們已經(jīng)應(yīng)用了類似于用于理解黑洞的數(shù)學(xué)方法，”Valles說。“所以在這些材料中發(fā)生了一些非常基本的物理學(xué)。”
關(guān)于玻色子和費(fèi)米子
近年來，Valles和他的同事一直在研究電荷載體不是電子的電活動。1952年，諾貝爾獎獲得者Leon Cooper發(fā)現(xiàn)，在正常的超導(dǎo)體中（不是后來發(fā)現(xiàn)的那種高溫超導(dǎo)體），電子聯(lián)合起來形成庫珀對，它們可以毫無阻力地在原子晶格中“滑行”。盡管是由兩個電子形成的，它們是費(fèi)米子，但庫珀對可以作為玻色子發(fā)揮作用。
“費(fèi)米子和玻色子系統(tǒng)通常表現(xiàn)得非常不同，”Valles說。“與單個費(fèi)米子不同，玻色子被允許共享相同的量子狀態(tài)，這意味著它們可以像水分子在波紋中集體移動。”
2019 年，Valles 和他的同事表明，庫珀對玻色子可以產(chǎn)生金屬行為，這意味著它們可以在一定的電阻下導(dǎo)電。研究人員說，這本身就是一個令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榱孔永碚摰脑乇砻鬟@種現(xiàn)象不應(yīng)該是可能的。對于這項(xiàng)最新研究，該團(tuán)隊(duì)想看看玻色子庫珀對金屬是否也是奇異金屬。
該團(tuán)隊(duì)使用了一種稱為釔鋇銅氧化物的銅酸鹽材料，其圖案上帶有誘導(dǎo)庫珀對金屬狀態(tài)的小孔。該團(tuán)隊(duì)將材料冷卻至略高于其超導(dǎo)溫度，以觀察其電導(dǎo)的變化。他們發(fā)現(xiàn)，像費(fèi)米子奇異金屬一樣，庫珀對金屬電導(dǎo)與溫度呈線性關(guān)系。
研究人員表示，這一新發(fā)現(xiàn)將為理論家們提供一些新的東西，讓他們在試圖了解奇怪金屬行為時有所了解。
“對于理論家來說，對我們在奇怪金屬中看到的東西提出解釋是一個挑戰(zhàn)，”Valles 說。“我們的工作表明，如果你要模擬奇怪金屬中的電荷傳輸，該模型必須適用于費(fèi)米子和玻色子——即使這些類型的粒子遵循根本不同的規(guī)則。”
最終，奇怪金屬的理論可能會產(chǎn)生巨大的影響。研究人員認(rèn)為，奇怪金屬行為可能是理解高溫超導(dǎo)性的關(guān)鍵，它在無損電網(wǎng)和量子計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域具有巨大潛力。而且由于奇怪金屬的行為似乎與宇宙的基本常數(shù)有關(guān)，了解它們的行為可以揭示物理世界如何運(yùn)作的基本事實(shí)。