新理論闡釋“奇異金屬”為何奇異

2023-08-19 09:59:12來源：科技日?qǐng)?bào)

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科技日?qǐng)?bào)記者?張佳欣

近40年來，被稱為“奇異金屬”的材料為什么奇異這個(gè)問題，一直讓物理學(xué)家感到困惑，因?yàn)槠娈惤饘俚墓ぷ髟頍o法用正常的電學(xué)規(guī)則解釋。在最新一期《科學(xué)》雜志上，美國紐約熨斗研究所計(jì)算量子物理中心（CCQ）團(tuán)隊(duì)終于確定了一種解釋奇異金屬特性的機(jī)制。

“奇異金屬”具有不均勻的原子排列，而且其電子可以通過量子力學(xué)方式相互糾纏。圖片來源：露西·雷丁-伊坎達(dá)/美國西蒙斯基金會(huì)

許多量子材料中都存在奇異的金屬行為，例如一些材料經(jīng)過微小變化就可成為超導(dǎo)體。此次的新理論解釋了奇異金屬的許多奇異之處，比如為什么電阻率的變化與溫度成正比，甚至在極低溫度下也是如此。這種正比關(guān)系意味著，在相同的溫度下，奇異金屬比普通金屬更能抵抗電子的流動(dòng)。

揭示奇異金屬的奇特之處需要將其兩種屬性結(jié)合起來。首先，奇異金屬的電子可能發(fā)生量子糾纏，即使相距很遠(yuǎn)仍然能保持糾纏；其次，奇異金屬具有不均勻的、拼湊的原子排列。

奇異金屬原子布局的不規(guī)則性意味著，電子糾纏會(huì)根據(jù)材料中發(fā)生糾纏的位置而變化。這種變化增加了電子動(dòng)量的隨機(jī)性。電子不是全部在一起流動(dòng)，而是在各個(gè)方向上相互碰撞，從而產(chǎn)生電阻。材料越熱，碰撞就越頻繁，電阻隨之增加。

糾纏和不均勻性的相互作用是一種新的效應(yīng)，科學(xué)家以前從未在任何物質(zhì)上考慮過這種作用。這種簡(jiǎn)單的機(jī)制卻解釋了凝聚態(tài)物理學(xué)最大的未解謎團(tuán)之一，即奇異金屬為什么奇異。該研究可幫助科學(xué)家開發(fā)量子計(jì)算機(jī)應(yīng)用，對(duì)新超導(dǎo)體進(jìn)行“微調(diào)”等。

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