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近40年来,被称为“奇异金属”的材料为什么奇异这个问题,一直让物理学家感到困惑,因为奇异金属的工作原理无法用正常的电学规则解释。在最新一期《科学》杂志上,美国纽约熨斗研究所计算量子物理中心(CCQ)团队终于确定了一种解释奇异金属特性的机制。
许多量子材料中都存在奇异的金属行为,例如一些材料经过微小变化就可成为超导体。此次的新理论解释了奇异金属的许多奇异之处,比如为什么电阻率的变化与温度成正比,甚至在极低温度下也是如此。这种正比关系意味着,在相同的温度下,奇异金属比普通金属更能抵抗电子的流动。
揭示奇异金属的奇特之处需要将其两种属性结合起来。首先,奇异金属的电子可能发生量子纠缠,即使相距很远仍然能保持纠缠;其次,奇异金属具有不均匀的、拼凑的原子排列。
奇异金属原子布局的不规则性意味着,电子纠缠会根据材料中发生纠缠的位置而变化。这种变化增加了电子动量的随机性。电子不是全部在一起流动,而是在各个方向上相互碰撞,从而产生电阻。材料越热,碰撞就越频繁,电阻随之增加。
纠缠和不均匀性的相互作用是一种新的效应,科学家以前从未在任何物质上考虑过这种作用。这种简单的机制却解释了凝聚态物理学最大的未解谜团之一,即奇异金属为什么奇异。该研究可帮助科学家开发量子计算机应用,对新超导体进行“微调”等。
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