Dôkazy exotického prenosu náboja v kvantovom materiáli

Pri nedávnych experimentoch s kvantovým šumom na Riceovej univerzite sa ukázalo, že kvantový materiál nazývaný „zvláštny kov“ je zvláštne “tichý”. Merania fluktuácií kvantového náboja uverejnené nedávno v časopise Science poskytujú prvý priamy dôkaz, že elektrina zrejme prúdi cez zvláštne kovy v nezvyčajnej tekutej forme, ktorú nemožno ľahko vysvetliť v zmysle kvantovaných balíkov náboja známych ako kvázičastice. Podľa Douga Natelsona z Riceovej univerzity, autora štúdie, je to možno dôkaz, že kvázičastice nie sú dobre definované alebo že jednoducho neexistujú a náboj sa pohybuje komplikovanejšími spôsobmi.

Experimenty sa uskutočnili na nanodrôtoch dobre preskúmaného kvantovo kritického materiálu s pomerom 1–2–2 ytterbia, ródia a kremíka (YbRh2Si2). Materiál obsahuje vysoký stupeň kvantového prepojenia, ktoré spôsobuje správanie závislé od teploty. Ak sa napríklad ochladí pod kritickú teplotu, okamžite sa zmení z nemagnetického na magnetický. Pri teplotách mierne nad kritickou hranicou je YbRh2Si2 ťažkým fermiónovým kovom s kvázičasticami nesúcimi náboj, ktoré sú stokrát hmotnejšie ako holé elektróny.

V kovoch je každá kvázičastica alebo diskrétna jednotka náboja výsledkom nespočítateľne malých interakcií medzi nespočetným množstvom elektrónov. Niektoré predchádzajúce teoretické štúdie naznačovali, že nosiče náboja vo zvláštnych kovoch nemusia byť kvázičasticami, a nedávne experimenty Natelsona, hlavného autora štúdie Liyanga Chena a ich tímu získať prvý priamy empirický dôkaz na overenie tejto myšlienky. Podľa Natelsona je väčšou otázkou, či podobné správanie môže vzniknúť v niektorej inej alebo vo všetkých desiatkach ďalších zlúčenín, ktoré vykazujú správanie zvláštnych kovov.

„Niekedy máte pocit, že vám príroda niečo hovorí,“ povedal Natelson. „Táto 'zvláštna kovovosť' sa objavuje v mnohých rôznych fyzikálnych systémoch napriek tomu, že mikroskopická, základná fyzika je veľmi odlišná. Napríklad v supravodičoch z oxidu medi je mikroskopická fyzika veľmi, veľmi odlišná ako v systéme ťažkých fermiónov, na ktorý sa pozeráme. Zdá sa, že všetky majú tento lineárny teplotný odpor, ktorý je charakteristický pre zvláštne kovy, a vy sa musíte pýtať, či sa v nich deje niečo všeobecné, čo je nezávislé od toho, aké mikroskopické stavebné bloky sa v nich nachádzajú.“

Zdroj: phys.org.