新理論闡釋“奇異金屬”為何奇異
【資料圖】
科技日報記者?張佳欣
近40年來，被稱為“奇異金屬”的材料為什么奇異這個問題，一直讓物理學家感到困惑，因為奇異金屬的工作原理無法用正常的電學規則解釋。在最新一期《科學》雜志上，美國紐約熨斗研究所計算量子物理中心（CCQ）團隊終于確定了一種解釋奇異金屬特性的機制。
“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方式相互糾纏。圖片來源：露西·雷丁-伊坎達/美國西蒙斯基金會
許多量子材料中都存在奇異的金屬行為，例如一些材料經過微小變化就可成為超導體。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。
揭示奇異金屬的奇特之處需要將其兩種屬性結合起來。首先，奇異金屬的電子可能發生量子糾纏，即使相距很遠仍然能保持糾纏；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則性意味著，電子糾纏會根據材料中發生糾纏的位置而變化。這種變化增加了電子動量的隨機性。電子不是全部在一起流動，而是在各個方向上相互碰撞，從而產生電阻。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，科學家以前從未在任何物質上考慮過這種作用。這種簡單的機制卻解釋了凝聚態物理學最大的未解謎團之一，即奇異金屬為什么奇異。該研究可幫助科學家開發量子計算機應用，對新超導體進行“微調”等。
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