Durch das Umlegen eines Schalters an einem elektrischen Gerät wird eine Reihe geladener Teilchen freigesetzt, die sich im Rhythmus der Spannung des Stromkreises bewegen.
Aber eine neue Entdeckung in seltsamen Materialien, die als exotische Metalle bekannt sind, hat ergeben, dass sich Elektrizität nicht immer in Schritten bewegt und tatsächlich manchmal auf eine Weise fließen kann, die Physiker dazu veranlasst, unser Wissen über die Natur von Teilchen in Frage zu stellen.
Die Forschung wurde an Nanodrähten durchgeführt, die aus einem präzisen Gleichgewicht von Ytterbium, Rhodium und Silizium (YbRh) hergestellt wurden.2schlecht2).
Durch die Durchführung einer Reihe quantitativer Experimente an diesen Nanodrähten haben Forscher aus den USA und Österreich Beweise gefunden, die dazu beitragen könnten, die Debatte über die Natur elektrischer Ströme in Metallen, die sich nicht auf herkömmliche Weise verhalten, beizulegen.
Es wurde Ende des letzten Jahrhunderts entdeckt In einer Klasse kupferbasierter Verbindungen, von denen bekannt ist, dass sie bei relativ warmen Temperaturen keinen Widerstand gegen Ströme aufweisen, Exotische Mineralien Wie jedes andere Metall wird es beim Erhitzen widerstandsfähiger gegen Elektrizität.
Allerdings geschieht dies auf eine etwas seltsame Art und Weise, indem der Widerstand mit jedem Grad Temperaturanstieg um einen bestimmten Betrag ansteigt.
Bei gewöhnlichen Metallen variiert der Widerstand je nach Temperatur und stabilisiert sich, sobald das Material heiß genug wird.
Diese Variation der Widerstandsregeln weist darauf hin, dass Ströme in exotischen Metallen nicht genau auf die gleiche Weise funktionieren. Aus irgendeinem Grund unterscheidet sich die Art und Weise, wie ladungstragende Teilchen in exotischen Metallen mit den drängelnden Teilchen um sie herum interagieren, von der Zick-Zack-Bewegung der Elektronen in einem Flipper in einem durchschnittlichen Drahtstrang.
Was wir uns als einen Strom negativ geladener Kugeln vorstellen könnten, der durch eine Röhre aus Kupferatomen fließt, ist etwas komplexer. Elektrizität ist letztlich eine Quantenmaterie, bei der die Eigenschaften mehrerer Teilchen harmonieren und sich wie einzelne Einheiten, sogenannte Quasiteilchen, verhalten.
Ob die gleichen Arten von Quasiteilchen das ungewöhnliche Widerstandsverhalten exotischer Metalle erklären, ist eine offene Frage, da einige Theorien und Experimente darauf hindeuten, dass solche Teilchen unter den richtigen Bedingungen ihre Integrität verlieren könnten.
Um zu klären, ob es im Elektronenfluss in exotischen Metallen einen stetigen Marsch von Quasiteilchen gibt, nutzten die Forscher ein Phänomen namens… Feuerlärm.
Wenn man die Zeit auf ein Kriechtempo verlangsamen könnte, würden die Lichtphotonen, die selbst der präziseste Laser aussendet, mit der Vorhersehbarkeit von brutzelndem Speckfett explodieren und zerstreuen. Dieses „Rauschen“ ist ein Merkmal der Quantenwahrscheinlichkeit und kann ein Maß für die Details der Ladungen liefern, während sie durch den Leiter fließen.
„Die Idee ist, dass, wenn ich einen Strom antreibe, dieser aus einer Reihe separater Ladungsträger besteht“, sagte er. sagen Leitender Autor Doug Natelson, Physiker an der Rice University in den USA.
„Diese kommen mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit an, aber manchmal liegen sie zeitlich näher beieinander und manchmal sind sie weiter voneinander entfernt.“
Das Team fand Messungen des Schrotrauschens in seiner extrem dünnen YbRh-Probe2schlecht2 Sie wurden auf eine Weise stark unterdrückt, die durch typische Wechselwirkungen zwischen Elektronen und ihrer Umgebung nicht erklärt werden konnte, was darauf hindeutet, dass Quasiteilchen wahrscheinlich nicht existierten.
Stattdessen war die Ladung flüssigkeitsähnlicher als die Ströme in herkömmlichen Metallen, ein Befund, der dies stützt Vorgeschlagenes Modell Vor mehr als 20 Jahren vom beitragenden Autor Kimiao Si, einem Physiker für kondensierte Materie an der Rice University.
Die Si-Theorie von Materialien bei Temperaturen nahe dem Nullpunkt beschreibt die Art und Weise, in der Elektronen an bestimmten Orten keine Eigenschaften mehr gemeinsam haben, die es ihnen ermöglichen, Quasiteilchen zu bilden.
Während herkömmliches Quasiteilchenverhalten grundsätzlich ausgeschlossen werden kann, ist sich das Team nicht ganz sicher, welche Form dieser „flüssige“ Strom annimmt oder ob er überhaupt in anderen exotischen Metallrezepten zu finden ist.
„Vielleicht ist dies ein Beweis dafür, dass Quasiteilchen keine genau definierten Dinge sind oder nicht existieren und dass sich Ladung auf komplexere Weise bewegt. Wir müssen das richtige Vokabular finden, um darüber zu sprechen, wie sich Ladung kollektiv bewegt.“ sagen Natelson.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaften.