实验解锁奇怪金属的奇异特性

物理学家正在更多地了解“奇异金属”的奇异行为，这些行为超出了正常的电规则。

辛辛那提大学助理教授、理论物理学家 Yashar Komijani 参与了一项国际实验，该实验使用一种由稀土金属镱合金制成的奇怪金属。日本兵库县实验室的物理学家向这种奇怪的金属发射放射性伽马射线，以观察其不寻常的电学行为。

该研究由 Hisao Kobayashi 与兵库大学和 RIKEN 领导，发表在《科学》杂志上。实验揭示了这种奇怪金属电荷的异常波动。

“这个想法是，在金属中，你有大量电子在离子晶格的背景中移动，”Komijani 说。“但是量子力学发生了一件了不起的事情。你可以忘记离子晶格的复杂性。相反，它们的行为就像在真空中一样。”

多年来，Komijani 一直在探索与量子力学相关的奇异金属的奥秘。

“你可以把一些东西放在一个黑盒子里，我什至不用看它，只要测量电阻率、热容和电导率等东西，我就可以告诉你很多关于它里面的东西，”他说。

“但是当涉及到奇怪的金属时，我不知道它们为什么会表现出它们的行为。谜团在于这个奇怪的系统内部正在发生什么。就是那个问题。”

研究从粒子物理学到量子力学的各种物理学家都对奇异金属感兴趣。一个原因是因为它们异常高的导电性，至少在极冷的温度下是这样，这使它们有可能成为量子计算的超导体。

“这些新结果真正令人兴奋的是，它们提供了对这种奇怪金属内部机制的新见解，”该研究的合著者、罗格斯大学杰出教授皮尔斯·科尔曼说。

“这些金属为新形式的电子物质提供了画布——尤其是奇异的高温超导性，”他说。

科尔曼说，现在推测奇怪的金属可能会激发出哪些新技术还为时过早。

“据说，迈克尔·法拉第 (Michael Faraday) 发现电磁学后，英国首相威廉·格拉德斯通 (William Gladstone) 询问电磁学有什么用处，”科尔曼说。“法拉第回答说，虽然他不知道，但他确信有一天政府会对其征税。”

法拉第的发现开启了一个创新的世界。

“我们对这种奇怪的金属感觉有点相同，”科尔曼说。“金属在今天扮演着如此重要的角色——铜，典型的传统金属，存在于我们周围的所有设备、所有电源线中。”

科尔曼说，有一天，奇怪的金属可能会在我们的技术中无处不在。

日本的实验具有开创性，部分原因在于研究人员使用称为同步加速器的粒子加速器创建伽马粒子的方式。

“在日本，他们使用同步加速器，就像他们在 CERN(欧洲核子研究组织)使用的那样，它可以加速质子并将其撞到墙上，然后它会发出伽马射线，”Komijani 说。“所以他们有一个不使用放射性物质的按需伽马射线源。”

研究人员使用光谱学研究伽马射线对这种奇怪金属的影响。

研究人员还检查了金属电荷波动的速度，这只需要一纳秒——十亿分之一秒。Komijani 说，这似乎快得令人难以置信。

“然而，在量子世界中，一纳秒就是永恒，”他说。“很长一段时间以来，我们一直想知道为什么这些波动实际上如此缓慢。我们与合作者提出了一个理论，即晶格可能存在振动，事实确实如此。”

该研究部分由国家科学基金会和能源部资助。

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