Megoldották a kondenzált anyag fizika egyik legnagyobb megoldatlan problémáját

A furcsa fémek közel 40 éven át zavarba hozták a kvantumfizikusokat, nem tudták magyarázatot adni az elektromosság normál szabályain kívül működő fémekre. Az új elmélet megmagyaráz sok furcsaságot a furcsa fémek körül, mint például, hogy az elektromos ellenállás változása miért egyenesen arányos a hőmérséklettel, még extrém alacsony hőmérsékleten is.

A furcsa fémek közel 40 éven át zavarba hozták a kvantumfizikusokat, nem tudták magyarázatot adni az elektromosság normál szabályain kívül működő fémekre. Most Aavishkar Patel, a new yorki Flatiron Institute's Center for Computational Quantum Physics (CCQ) munkatársa által vezetett kutatás azonosított egy mechanizmust, melye megmagyarázza a furcsa fémek jellegzetes tulajdonságait. - írja a phys.org.

Patel és kollégái Augusztus 18-án a Science magazinban mutatta be univerzális elméletüket,arról, hogy a furcsa fémek miért olyan furcsák - megoldották a kondenzált anyag fizika egyik legnagyobb megoldatlan problémáját.

A furcsa fém viselkedés sok kvantumanyagban megtalálható, köztük néhány olyan, amik kis változással szupravezetőkké válhatnak. Ez a kapcsolat azt sugallja, hogy a furcsa fémek megértése segíthet a kutatóknak a szupravezetés új fajtáinak azonosításában.
Az új elmélet megmagyaráz sok furcsaságot a furcsa fémek körül, mint például, hogy az elektromos ellenállás változása miért egyenesen arányos a hőmérséklettel, még extrém alacsony hőmérsékleten is. Egy kritikus hőmérséklet felett a furcsa fémek ellenállása lineráisan növekszik, míg a normál fémek ellenállása a hőmérséklet négyzetével növekszik. Ez a kapcsolat azt jelenti, hogy a furcsa fémek jobban ellenállnak az elektronok áramlásának, mint a rendes fémek mint például az arany, vörösréz, ugyanazon a hőmérsékleten.

Az új elmélet a furcsa fémek két tulajdonságának kombinációján alapszik. Az egyik, hogy az elektronok kvantumfizikailag összefonódnak egymással. A másik, hogy a furcsa fémek atomjainak elrendezése nem egységes, hanem fércmunkaszerű. Egyedül egyik tulajdonság sem magyarázza meg a furcsaságokat, de egybevéve minden helyre kerül.

A furcsa fémek atomszerkezetének irregularitása azt jelenti, hogy az elektron összefonódások változnak attól függően, hogy az összefonódás az anyagban hol történik. A változatosság véletlenszerűséget ad az elektronok impulzusának, ahogy keresztülhaladnak az anyagon és kölcsönhatnak egymással. Ahelyett, hogy az összes elektron együtt áramlana, körbe lökdösik egymást minden irányba, ami elektromos ellenállást eredményez. Minél forróbb az anyag, az elektronok annál gyakrabban ütköznek, ezért az elektromos ellenállás növekszik a hőmérséklettel.

A furcsa fémek közel 40 éven át zavarba hozták a kvantumfizikusokat, nem tudták magyarázatot adni az elektromosság normál szabályain kívül működő fémekre. Az új elmélet megmagyaráz sok furcsaságot a furcsa fémek körül, mint például, hogy az elektromos ellenállás változása miért egyenesen arányos a hőmérséklettel, még extrém alacsony hőmérsékleten is. Forrás: https://phys.org/news/2023-08-scientists-mechanism-characteristic-properties-strange.html#google_vignette

Patel azt nyilatkozta, hogy az összefonódás kölcsönhatása és a nem egységesség egy új hatás; ezt nem vették figyelembe korábban egyik anyagnál sem. Visszatekintve ez rendkívül egyszerű dolog. Hosszú időn át az emberek a furcsa fémeket szükségtelenül bonyolították és nem nem volt jó.

A furcsa fémek jobb megértése segíthet a fizikusoknak finomhangolású új szupravezetőket kidolgozni olyan alkalmazásokhoz, mint például a kvantumszámítógépek.

Vannak példák, amikor valami szupravezetővé akar válni, de nem egészen ezt teszi, mert egy másik versengő állapot blokkolja a szupravezetést. Vajon, mi lenne, ha ezek a nonuniformitásoknak a jelenléte lerombolná ezeket a más állaptokat, amikkel a szupraveztés verseng és szabaddá tenné az utat a szupravezetés számára.

(Forrás: https://phys.org/)