神秘的"奇怪的金属"类产生了不寻常的电荷波动

来源：cnBeta 　2023-04-30 05:41:38

研究人员在调查一种被称为"Y球"的化合物时，发现了研究和理解其行为的新方法，该化合物属于一类神秘的"奇怪的金属"，被认为对先进量子材料的发展至关重要。实验的结果可能有助于创造颠覆性的技术和设备。

罗格斯文理学院物理和天文学系罗格斯材料理论中心特聘教授、参与该研究的理论家之一皮尔斯-Coleman说："量子材料很可能会推动下一代技术的发展，而奇怪的金属将成为其中的一部分。我们知道像Y型球这样的奇怪金属表现出的特性需要被理解，以开发这些未来的应用。我们非常肯定，了解这种奇怪的金属将给我们带来新的想法，并将帮助我们设计和发现新的材料。"

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来自罗格斯大学、兵库大学、日本东京大学、辛辛那提大学和约翰霍普金斯大学的一个国际研究小组在《科学》杂志上报告说，他们描述了电子运动的细节，为Y型球的不寻常电性能提供了新的见解。这种材料在技术上被称为YbAlB4化合物，含有镱、铝和硼元素。它被已故的罗格斯大学材料理论中心的创始主任Elihu Abrahams昵称为"Y球"。

实验显示，这种奇怪的金属的电荷有不寻常的波动。研究人员说，这项工作是开创性的，因为实验人员以新颖的方式检查Y球，用同步加速器（一种粒子加速器）向它发射伽马射线。

罗格斯大学的团队--包括Coleman、物理学教授Premala Chandra和前博士后研究员Yashar Komijani（现在是辛辛那提大学的助理教授）--多年来一直在探索奇怪金属的奥秘。他们通过量子力学的框架来做这件事，量子力学是管理超小领域的物理定律，是自然界的组成部分，如电子的家园。

使用一种被称为莫斯鲍尔光谱学的技术来分析这种材料，科学家们用伽马射线探测Y球，测量这种奇怪金属的电荷波动速度。在传统的金属中，当它们移动时，电子在原子中跳进跳出，导致它们的电荷波动，但其速度快了数千倍，无法通过摩斯鲍尔光谱学看到。在这种情况下，这种变化发生在纳秒，即十亿分之一秒内。

Komijani说："在量子世界中，纳秒是一个永恒的过程。很长时间以来，我们一直在想，为什么这些波动实际上如此缓慢。每次一个电子跳入一个镱原子时，它在那里停留足够长的时间来吸引周围的原子，使它们移入和移出。电子和原子的这种同步舞蹈使整个过程变慢，从而可以被摩斯鲍尔看到。令我们高兴的是，他们检测到了这些振动。"

当电流流经传统金属，如铜，随机原子运动使电子散开，造成摩擦，称为电阻。随着温度的升高，电阻以一种复杂的方式增加，在某一点上，它达到一个高原。

然而，在奇怪的金属如Y型球中，电阻随温度线性增加，这是一个简单得多的行为。此外，进一步促进了它们的"奇怪性质"，当Y型球和其他奇怪的金属被冷却到低温时，它们往往成为超导体，完全不表现出电阻。

具有最高超导温度的材料就属于这个奇怪的家族。因此，这些金属非常重要，因为它们为新形式的电子物质提供了画布--特别是奇异的高温超导性。

超导材料有望成为下一代量子技术的核心，因为在消除所有的电阻后，它们允许电流以量子力学的方式同步流动。研究人员认为他们的工作为未来打开了一扇门，也许是难以想象的可能性。

Coleman说："在19世纪，当人们试图弄清电和磁的时候，他们不可能想象到下一个世纪，它完全是由这种理解所推动的。因此，今天也是如此，当我们使用"量子材料"这个模糊的短语时，我们无法真正设想它将如何改变我们子孙的生活。"

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