Fidèle à son habitude, un matériau quantique « métal étrange » s’est révélé étrangement silencieux lors de récentes expériences sur le bruit quantique à l’Université Rice. Publiées cette semaine dans Science, les mesures des fluctuations de demand quantique connues sous le nom de « bruit de tir » fournissent la première preuve directe que l’électricité semble circuler à travers des métaux étranges sous une forme liquide inhabituelle qui ne peut pas être facilement expliquée en termes de paquets de charge quantifiés connus sous le nom de « bruit de tir ». quasiparticules.
« Le bruit est considérablement supprimé par rapport aux fils ordinaires », a déclaré Douglas Natelson de Rice, auteur correspondant de l’étude. « C’est peut-être la preuve que les quasiparticules ne sont pas des choses bien définies ou qu’elles ne sont tout simplement pas là et que les fees se déplacent de manière in addition compliquée. Nous devons trouver le bon vocabulaire pour expliquer comment les fees peuvent se déplacer collectivement. »
Les expériences ont été réalisées sur des fils à l’échelle nanométrique d’un matériau quantique critique avec un rapport précis 1-2-2 d’ytterbium, de rhodium et de silicium (YbRh2Si2), qui a été étudié en profondeur au cours des deux dernières décennies par Silke Paschen, une spécialiste des solides. physicien d’État à l’Université de Technologie de Vienne (TU Wien). Le matériau contient un degré élevé d’intrication quantique qui produit un comportement dépendant de la température très inhabituel (« étrange ») et très différent de celui des métaux normaux tels que l’argent ou l’or.
Dans ces métaux normaux, chaque quasi-particule, ou unité discrète, de charge est le produit de minuscules interactions incalculables entre d’innombrables électrons. Proposée pour la première fois il y a 67 ans, la quasiparticule est un strategy utilisé par les physiciens pour représenter l’effet combiné de ces interactions sous la forme d’un objet quantique unique à des fins de calculs de mécanique quantique.
Certaines études théoriques antérieures ont suggéré que la charge d’un métal étrange pourrait ne pas être transportée par de telles quasi-particules, et des expériences de bruit de tir ont permis à Natelson, à l’auteur principal de l’étude, Liyang Chen, un ancien étudiant du laboratoire de Natelson, et à d’autres co-auteurs de Rice et TU Wien. rassembler les premières preuves empiriques directes pour tester l’idée.
« La mesure du bruit de tir est essentiellement un moyen de voir à quel place la demand est granulaire lorsqu’elle traverse quelque selected », a déclaré Natelson. « L’idée est que si je conduis un courant, il se compose d’un groupe de porteurs de cost discrets. Ceux-ci arrivent à un rythme moyen, mais parfois ils sont as well as proches les uns des autres dans le temps, et parfois ils sont additionally éloignés. »
L’application de la system aux cristaux YbRh2Si2 présentait des défis techniques importants. Les expériences de bruit de grenaille ne peuvent pas être réalisées sur des cristaux macroscopiques uniques mais nécessitent plutôt des échantillons de dimensions nanoscopiques. Il fallait donc réaliser la croissance de films extrêmement fins mais néanmoins parfaitement cristallins, ce que Paschen, Maxwell Andrews et leurs collaborateurs de la TU Wien ont réussi après près d’une décennie de travail acharné. Ensuite, Chen a dû trouver un moyen de maintenir ce niveau de perfection tout en fabriquant des fils à partir de ces movies minces approximativement 5 000 fois in addition étroits qu’un cheveu humain.
Qimiao Si, co-auteur de Rice, théoricien principal de l’étude et professeur de physique et d’astronomie Harry C. et Olga K. Wiess, a déclaré que lui, Natelson et Paschen avaient discuté pour la première fois de l’idée des expériences alors que Paschen était chercheur invité à Rice. en 2016. Si a déclaré que les résultats sont cohérents avec une théorie de la criticité quantique qu’il a publiée en 2001 et qu’il a continué à explorer au cours d’une collaboration de près de deux décennies avec Paschen.
« Le faible bruit de tir a apporté de nouvelles connaissances sur la façon dont les porteurs de courant de charge s’entrelacent avec les autres agents de la criticité quantique qui sous-tend l’étrange métallicité », a déclaré Si, dont le groupe a effectué des calculs excluant l’image des quasiparticules. « Dans cette théorie de la criticité quantique, les électrons sont poussés au bord de la localisation et les quasiparticules se perdent partout sur la surface de Fermi. »
Natelson a déclaré que la plus grande question est de savoir si un comportement similaire pourrait survenir dans l’un ou l’ensemble des dizaines d’autres composés présentant un comportement métallique étrange.
La recherche a été soutenue par le programme des sciences énergétiques fondamentales du ministère de l’Énergie (DE-FG02-06ER46337), la Fondation nationale de la science (1704264, 2220603), le Conseil européen de la recherche (101055088), le Fonds scientifique autrichien (FWF I4047, FWF SFB F 86), l’Agence autrichienne de advertising de la recherche (FFG 2156529, FFG 883941), le programme Horizon 2020 de l’Union européenne (824109-EMP), l’Office de la recherche scientifique de l’armée de l’air (FA8665-22-1-7170), la Fondation Welch (C -1411) et la bourse de recherche Vannevar Bush (ONR-VB-N00014-23-1-2870).
