Γνωρίστε περίεργα μέταλλα: Όπου η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να ρέει χωρίς ηλεκτρόνια | Περιοδικό Quanta

Μετά από ένα χρόνο δοκιμής και λάθους, ο Liyang Chen είχε καταφέρει να σβήσει ένα μεταλλικό σύρμα σε ένα μικροσκοπικό σκέλος στο μισό πλάτος ενός E.coli βακτήριο — αρκετά λεπτό ώστε να επιτρέπει τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος. Οι σταλαγματιές αυτού του ρεύματος θα μπορούσαν, ήλπιζε ο Τσεν, να βοηθήσουν στη διευθέτηση ενός επίμονου μυστηρίου σχετικά με το πώς το φορτίο κινείται μέσα από μια μπερδεμένη κατηγορία υλικών που είναι γνωστά ως παράξενα μέταλλα.

Ο Τσεν, τότε μεταπτυχιακός φοιτητής, και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο Ράις μέτρησαν το ρεύμα που ρέει μέσω του λεπτού κλώνου μετάλλου των ατόμων τους. Και διαπίστωσαν ότι κυλούσε ομαλά και ομοιόμορφα. Τόσο ομοιόμορφα, στην πραγματικότητα, που αψηφούσε την τυπική αντίληψη των φυσικών για τον ηλεκτρισμό στα μέταλλα.

Κανονικά, το ηλεκτρικό ρεύμα προκύπτει από τη συλλογική κίνηση ηλεκτρονίων, καθένα από τα οποία φέρει ένα αδιαίρετο κομμάτι ηλεκτρικού φορτίου. Αλλά η νεκρή σταθερότητα του ρεύματος του Τσεν υπονοούσε ότι δεν ήταν καθόλου φτιαγμένο από μονάδες. Ήταν σαν να βρίσκαμε ένα υγρό που κατά κάποιο τρόπο δεν είχε ατομικά αναγνωρίσιμα μόρια.

Αν και αυτό μπορεί να ακούγεται περίεργο, είναι ακριβώς αυτό που περίμεναν ορισμένοι φυσικοί από το μέταλλο που δοκίμασε η ομάδα, το οποίο μαζί με τον ασυνήθιστο συγγενή του έχει ξεγελάσει και μπερδέψει τους φυσικούς από τη δεκαετία του 1980. «Είναι ένα πολύ όμορφο έργο», είπε Σουμπίρ Σάτσντεφ, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ που ειδικεύεται στα περίεργα μέταλλα.

Η παρατήρηση, αναφέρθηκε την περασμένη εβδομάδα στο περιοδικό Επιστήμη, είναι μια από τις πιο σαφείς ενδείξεις μέχρι τώρα ότι οτιδήποτε μεταφέρει ρεύμα μέσα από αυτά τα ασυνήθιστα μέταλλα δεν μοιάζει με ηλεκτρόνια. Το νέο πείραμα ενισχύει τις υποψίες ότι ένα νέο κβαντικό φαινόμενο εμφανίζεται μέσα σε περίεργα μέταλλα. Παρέχει επίσης νέο άλεσμα για τους θεωρητικούς φυσικούς που προσπαθούν να καταλάβουν τι μπορεί να είναι. 

«Παράξενα μέταλλα, κανείς δεν έχει ιδέα από πού προέρχονται», είπε Πήτερ Αμπαμόντε, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Illinois, Urbana-Champaign. «Παλιά θεωρούνταν ταλαιπωρία, αλλά τώρα συνειδητοποιούμε ότι είναι πραγματικά μια διαφορετική φάση της ύλης που ζει σε αυτά τα πράγματα».

Ένα κλειδί Cuprate

Η πρώτη πρόκληση για τη συμβατική κατανόηση των μετάλλων ήρθε το 1986, όταν οι Georg Bednorz και Karl Alex Müller συγκλόνισαν τον κόσμο της φυσικής με την ανακάλυψη υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας - υλικά που μεταφέρουν τέλεια ηλεκτρικό ρεύμα ακόμη και σε σχετικά ζεστές θερμοκρασίες. Γνωστά μέταλλα όπως ο κασσίτερος και ο υδράργυρος γίνονται υπεραγωγοί μόνο όταν ψυχθούν σε μερικούς βαθμούς από το απόλυτο μηδέν. Ο Bednorz και ο Müller μέτρησαν την ηλεκτρική αντίσταση σε ένα υλικό με βάση τον χαλκό ("cuprate") και είδαν ότι εξαφανίστηκε σε σχετικά γαλήνια 35 Kelvins. (Για την πρωτοποριακή ανακάλυψή τους, ο Bednorz και ο Müller κέρδισαν ένα βραβείο Νόμπελ μόλις ένα χρόνο αργότερα.)

Οι φυσικοί σύντομα συνειδητοποίησαν ότι η υπεραγωγιμότητα σε υψηλή θερμοκρασία ήταν μόνο η αρχή της μυστηριώδους συμπεριφοράς των cuprates.

Τα cuprates έγιναν πολύ περίεργα όταν σταμάτησαν να είναι υπεραγώγιμα και άρχισαν να αντιστέκονται. Καθώς όλα τα μέταλλα θερμαίνονται, η αντίσταση αυξάνεται. Οι θερμότερες θερμοκρασίες σημαίνουν ότι τα άτομα και τα ηλεκτρόνια κουνούν περισσότερο, δημιουργώντας περισσότερες συγκρούσεις που προκαλούν αντίσταση καθώς τα ηλεκτρόνια μεταφέρουν ρεύμα μέσω ενός υλικού. Σε κανονικά μέταλλα, όπως το νικέλιο, η αντίσταση αυξάνεται τετραγωνικά σε χαμηλές θερμοκρασίες — αργά στην αρχή και μετά όλο και πιο γρήγορα. Αλλά στους χαλκούδες, αυξήθηκε γραμμικά: Κάθε βαθμός θέρμανσης έφερε την ίδια αύξηση στην αντίσταση - ένα παράξενο μοτίβο που συνεχίστηκε σε εκατοντάδες μοίρες και, από την άποψη της παραξενιάς, επισκίασε την υπεραγωγική ικανότητα του υλικού. Οι χαλκούδες ήταν τα πιο παράξενα μέταλλα που είχαν δει ποτέ οι ερευνητές.

«Η υπεραγωγιμότητα είναι ένα ποντίκι», είπε Αντρέι Τσουμπούκοφ, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα. «Ο ελέφαντας… είναι αυτή η παράξενη μεταλλική συμπεριφορά».

Η γραμμική αύξηση της αντίστασης απείλησε μια περίφημη εξήγηση του τρόπου με τον οποίο το ηλεκτρικό φορτίο κινείται μέσω των μετάλλων. Προτάθηκε το 1956, η θεωρία «Fermi υγρό» του Lev Landau τοποθέτησε τα ηλεκτρόνια στο κέντρο όλων. Βασίστηκε σε προηγούμενες θεωρίες που, για λόγους απλότητας, υπέθεταν ότι τα ηλεκτρόνια μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα και ότι τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσα από ένα μέταλλο σαν αέριο. πετάνε ελεύθερα μεταξύ ατόμων χωρίς να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

Ο Landau πρόσθεσε έναν τρόπο χειρισμού του κρίσιμου αλλά πολύπλοκου γεγονότος ότι τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν. Είναι αρνητικά φορτισμένα, που σημαίνει ότι απωθούν συνεχώς ο ένας τον άλλον. Λαμβάνοντας υπόψη ότι αυτή η αλληλεπίδραση μεταξύ των σωματιδίων μεταμόρφωσε το αέριο ηλεκτρονίων σε κάτι σαν ωκεανό - τώρα, καθώς ένα ηλεκτρόνιο κινήθηκε μέσα από το ρευστό των ηλεκτρονίων, διατάραξε τα κοντινά ηλεκτρόνια. Μέσω μιας περίπλοκης σειράς αλληλεπιδράσεων που περιλαμβάνουν αμοιβαία απώθηση, αυτά τα τώρα ήπια αλληλεπιδρώντα ηλεκτρόνια κατέληξαν να ταξιδεύουν σε πλήθη - σε συστάδες γνωστές ως οιονεί σωματίδια.

Το θαύμα της υγρής θεωρίας Fermi ήταν ότι κάθε οιονεί σωματίδιο συμπεριφερόταν σχεδόν ακριβώς σαν να ήταν ένα μοναδικό, θεμελιώδες ηλεκτρόνιο. Μια σημαντική διαφορά, ωστόσο, ήταν ότι αυτές οι σταγόνες κινούνταν πιο αργά ή πιο ευκίνητα (ανάλογα με το υλικό) από ένα γυμνό ηλεκτρόνιο, δρώντας ουσιαστικά πιο βαρύ ή ελαφρύτερο. Τώρα, απλώς προσαρμόζοντας τους όρους μάζας στις εξισώσεις τους, οι φυσικοί μπορούσαν να συνεχίσουν να αντιμετωπίζουν το ρεύμα ως την κίνηση των ηλεκτρονίων, μόνο με έναν αστερίσκο που προσδιορίζει ότι κάθε ηλεκτρόνιο ήταν πραγματικά μια συστάδα οιονεί σωματιδίων.

Ένας σημαντικός θρίαμβος του πλαισίου του Landau ήταν ότι στα κανονικά μέταλλα, κάρφωσε τον περίπλοκο τρόπο με τον οποίο η αντίσταση αυξάνεται τετραγωνικά με τη θερμοκρασία. Τα οιονεί σωματίδια που μοιάζουν με ηλεκτρόνια έγιναν ο τυπικός τρόπος κατανόησης των μετάλλων. "Είναι σε κάθε σχολικό βιβλίο", είπε ο Sachdev.

Αλλά στους cuprates, η θεωρία του Landau απέτυχε δραματικά. Η αντίσταση αυξήθηκε σε μια άψογη γραμμή αντί της τυπικής τετραγωνικής καμπύλης. Οι φυσικοί έχουν ερμηνεύσει εδώ και καιρό αυτή τη γραμμή ως σημάδι ότι τα cuprates φιλοξενούν ένα νέο φυσικό φαινόμενο.

«Πρέπει να πιστεύεις ότι η φύση είτε σου δίνει μια ιδέα είτε ότι η φύση είναι απίστευτα σκληρή», είπε. Gregory Boebinger, ένας φυσικός στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Φλόριντα, ο οποίος έχει περάσει μεγάλο μέρος της καριέρας του μελετώντας τη γραμμική απόκριση των cuprates. «Το να βάλεις μια τόσο απίστευτα απλή και σαγηνευτική υπογραφή και να μην είναι σωματικά σημαντικό θα ήταν απλώς πάρα πολύ.

Και τα cuprates ήταν μόνο η αρχή. Οι ερευνητές ανακάλυψαν έκτοτε α πλήθος ανόμοιων υλικών με την ίδια δελεαστική γραμμική αντίσταση, συμπεριλαμβανομένων των οργανικών «αλάτων Bechgaard» και των κακώς ευθυγραμμισμένων φύλλων γραφενίου. Καθώς αυτά τα «παράξενα μέταλλα» πολλαπλασιάζονταν, οι επιστήμονες αναρωτήθηκαν γιατί η θεωρία ρευστών Fermi του Landau φαινόταν να καταρρέει σε όλα αυτά τα διαφορετικά υλικά. Κάποιοι υποψιάστηκαν ότι ήταν επειδή δεν υπήρχαν καθόλου οιονεί σωματίδια. τα ηλεκτρόνια οργανώνονταν κατά κάποιο τρόπο με έναν παράξενο νέο τρόπο που έκρυβε κάθε ατομικότητα, όπως η διακριτική φύση των σταφυλιών χάνεται σε ένα μπουκάλι κρασί.

«Είναι μια φάση της ύλης όπου ένα ηλεκτρόνιο δεν έχει πραγματικά ταυτότητα», είπε ο Abbamonte. «Παρόλα αυτά, [ένα περίεργο μέταλλο] είναι μέταλλο. μεταφέρει κατά κάποιο τρόπο ρεύμα».

Αλλά δεν καταργούνται απλώς τα ηλεκτρόνια. Για ορισμένους επιστήμονες, ένα δυνητικά συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα - ένα που δεν διαιρείται σε ηλεκτρόνια - είναι πολύ ριζικό. Και μερικά περίεργα πειράματα μετάλλων συνεχίζουν να ταιριάζουν με ορισμένες προβλέψεις της θεωρίας του Landau. Η επίμονη διαμάχη ώθησε τον σύμβουλο διατριβής του Chen, Ντάγκλας Νατέλσον του Πανεπιστημίου Rice, μαζί με τον συνάδελφό του Qimiao Si, για να εξετάσουν πώς θα μπορούσαν να εξετάσουν πιο άμεσα την ανατομία του φορτίου που κινείται μέσα από ένα περίεργο μέταλλο.

«Τι θα μπορούσα να μετρήσω που θα μου έλεγε πραγματικά τι συμβαίνει;» αναρωτήθηκε ο Νάτελσον.

Η Ανατομία του Ηλεκτρισμού

Στόχος της ομάδας ήταν να ανατέμνει το ρεύμα σε ένα περίεργο μέταλλο. Ήρθε σε κομμάτια φορτίου μεγέθους ηλεκτρονίων; Μπήκε καθόλου σε κομμάτια; Για να το ανακαλύψουν, εμπνεύστηκαν από έναν κλασικό τρόπο μέτρησης των διακυμάνσεων μιας ροής - τον «θόρυβο πυροβολισμού» - ένα φαινόμενο που μπορεί να γίνει κατανοητό αν σκεφτούμε τους τρόπους με τους οποίους μπορεί να πέσει η βροχή κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας.

Φανταστείτε ότι κάθεστε στο αυτοκίνητό σας και γνωρίζετε από μια αξιόπιστη πρόγνωση καιρού ότι 5 χιλιοστά βροχής θα πέσουν την επόμενη ώρα. Αυτά τα 5 χιλιοστά είναι σαν το συνολικό ηλεκτρικό ρεύμα. Εάν αυτή η βροχή χωριστεί σε μια χούφτα γιγάντιες σταγόνες, η διακύμανση στο πότε αυτές οι σταγόνες θα χτυπήσουν τη στέγη σας θα είναι μεγάλη. Μερικές φορές οι σταγόνες θα εκτοξευθούν πλάτη με πλάτη και άλλες φορές θα απέχουν μεταξύ τους. Σε αυτή την περίπτωση, ο θόρυβος της βολής είναι υψηλός. Αλλά αν τα ίδια 5 χιλιοστά βροχής απλωθούν σε μια συνεχή ομίχλη μικροσκοπικών σταγονιδίων, η διακύμανση του χρόνου άφιξης - και επομένως ο θόρυβος των πυροβολισμών - θα είναι χαμηλή. Η ομίχλη θα παρέχει ομαλά σχεδόν την ίδια ποσότητα νερού από στιγμή σε στιγμή. Με αυτόν τον τρόπο, ο θόρυβος βολής αποκαλύπτει το μέγεθος των σταγόνων.

«Η μέτρηση μόνο του ρυθμού με τον οποίο εμφανίζεται το νερό δεν σας λέει ολόκληρη την εικόνα», είπε ο Natelson. "Η μέτρηση των διακυμάνσεων [σε αυτόν τον ρυθμό] σας λέει πολλά περισσότερα."

Ομοίως, ακούγοντας το τρίξιμο στο ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να σας πει για τα κομμάτια φόρτισης που το αποτελούν. Αυτά τα κομμάτια είναι συνήθως τα ημισωματίδια του Landau που μοιάζουν με ηλεκτρόνια. Πράγματι, η καταγραφή του θορύβου βολής σε ένα κανονικό μέταλλο είναι ένας συνηθισμένος τρόπος μέτρησης του θεμελιώδους φορτίου του ηλεκτρονίου — 1.6 × 10^-19 κουλούρια.

Για να φτάσει στην καρδιά του ρεύματος ενός παράξενου μετάλλου, η ομάδα ήθελε να μετρήσει τον θόρυβο των πυροβολισμών. Αλλά ο ηλεκτρονικός θόρυβος βολής μπορεί να συγκαλυφθεί εάν τα ηλεκτρόνια ωθούνται γύρω από κυματισμούς στο ατομικό πλέγμα ενός μετάλλου. Για να αποφευχθεί αυτή η ασάφεια, οι ερευνητές στέλνουν ρεύμα μέσω καλωδίων τόσο σύντομο που οι κυματισμοί δεν έχουν χρόνο να επηρεάσουν τα ηλεκτρόνια. Αυτά τα καλώδια πρέπει να έχουν νανοσκοπική κλίμακα.

Το συγκρότημα επέλεξε να δουλέψει με ένα συγκεκριμένο περίεργο μέταλλο από υττέρβιο, ρόδιο και πυρίτιο επειδή ο Natelson και ο επί χρόνια συνεργάτης του Si, Silke Bühler-Paschen του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου της Βιέννης, είχε επεξεργαστεί πώς να αναπτυχθεί το υλικό σε φιλμ πάχους μόλις δεκάδων νανόμετρων. Αυτό φρόντισε για μια χωρική διάσταση.

Έπειτα, έπεσε στον Τσεν για να βρει πώς να πάρει αυτές τις μεμβράνες και να χαράξει ένα σύρμα με μήκος και πλάτος μόλις νανόμετρα.

Κατά τη διάρκεια περίπου ενός έτους, ο Chen δοκίμασε διαφορετικούς τρόπους για να σβήσει το μέταλλο με την αποτελεσματική αμμοβολή του με άτομα. Αλλά σε δοκιμές επί δοκιμών, διαπίστωσε ότι τα νανοσύρματα που προέκυψαν υπέστησαν βλάβη ατομικής κλίμακας που κατέστρεψε τη χαρακτηριστική γραμμική αντίσταση του παράξενου μετάλλου. Μετά από δεκάδες προσπάθειες, προσγειώθηκε σε μια διαδικασία που λειτούργησε: Έστρωσε το μέταλλο με χρώμιο, χρησιμοποίησε ένα ρεύμα αερίου αργού για να διώξει όλα εκτός από μια λεπτή γραμμή του περίεργου μετάλλου που προστατεύεται από χρώμιο και μετά απογύμνωσε το χρώμιο με ένα λουτρό. του υδροχλωρικού οξέος.

Στο τέλος, ο Chen, ο οποίος κέρδισε με επιτυχία το διδακτορικό του την άνοιξη και από τότε έχει πάει να εργαστεί στα οικονομικά, κατασκεύασε μια χούφτα σχεδόν άψογα νανοσύρματα. Το καθένα είχε περίπου 600 νανόμετρα μήκος και 200 ​​νανόμετρα πλάτος - περίπου 50 φορές πιο στενό από ένα ερυθρό αιμοσφαίριο.

Αφού τα ψύξανε σε παγερές, μονοψήφιες θερμοκρασίες Kelvin, οι ερευνητές διέτρεξαν ηλεκτρικό ρεύμα μέσα από τα περίεργα μεταλλικά νανοσύρματα. Περνούσαν επίσης ρεύμα μέσω νανοσυρμάτων από κανονικό χρυσό. Το ρεύμα στο χρυσό σύρμα έσπασε με τον γνωστό τρόπο που κάνουν τα ρεύματα από φορτισμένα οιονεί σωματίδια - σαν λίπος σταγόνες βροχής που πιτσιλίζουν στην οροφή του αυτοκινήτου. Αλλά στο παράξενο μέταλλο, το ρεύμα γλίστρησε αθόρυβα μέσα από το νανοσύρμα, ένα αποτέλεσμα παρόμοιο με το σχεδόν σιωπηλό σφύριγμα της ομίχλης. Η πιο απλή ερμηνεία του πειράματος είναι ότι το φορτίο σε αυτό το παράξενο μέταλλο δεν ρέει σε κομμάτια μεγέθους ηλεκτρονίων.

«Τα πειραματικά δεδομένα παρέχουν ισχυρές αποδείξεις ότι τα οιονεί σωματίδια χάνονται στο παράξενο μέταλλο», είπε ο Σι.

Ωστόσο, δεν είναι όλοι οι φυσικοί πλήρως πεπεισμένοι ότι το πείραμα σκοτώνει τα οιονεί σωματίδια του Landau. «Είναι ένας πολύ τολμηρός ισχυρισμός», είπε Μπραντ Ράμσοου, φυσικός στο Πανεπιστήμιο Cornell. «Άρα χρειάζεσαι τολμηρά δεδομένα».

Ένας περιορισμός του πειράματος είναι ότι η ομάδα δοκίμασε μόνο ένα υλικό. Ακριβώς επειδή ο θόρυβος του πυροβολισμού είναι χαμηλός στο μείγμα υττερβίου, ροδίου και πυριτίου του Chen, αυτό δεν εγγυάται ότι είναι χαμηλός σε άλλα περίεργα μέταλλα. Και μια μεμονωμένη ανωμαλία μπορεί πάντα να αποδοθεί σε κάποια κακώς κατανοητή λεπτομέρεια σχετικά με αυτό το υλικό.

Ο Ramshaw επεσήμανε επίσης ότι τα μέταλλα δακτυλίζουν με κάθε τρόπο περίεργες δονήσεις που μπορεί να παραμορφώσει τον θόρυβο βολής στο ρεύμα. Ο Chen και οι συνάδελφοί του απέκλεισαν την παρεμβολή από τις πιο συνηθισμένες δονήσεις, αλλά είναι πιθανό κάποιος εξωτικός κυματισμός να διέφυγε την αντίληψή τους.

Παρόλα αυτά, ο Ramshaw βρίσκει το πείραμα συναρπαστικό. «Είναι ισχυρά κίνητρο για τους ανθρώπους να προσπαθούν να κάνουν άλλα πράγματα για να δουν αν είναι επίσης συνεπή με κανένα ηλεκτρόνιο», είπε.

Αν όχι ηλεκτρόνια, τότε τι;

Εάν η εικόνα των οιονεί σωματιδίων συνεχίζει να καταρρέει, τι θα μπορούσε να την αντικαταστήσει; Πώς κινείται το ρεύμα γύρω από περίεργα μέταλλα αν όχι σε πακέτα φορτίου που μοιάζουν με ηλεκτρόνια; Δεν είναι εύκολη η περιγραφή της κατάστασης, πόσο μάλλον με ακριβείς μαθηματικούς όρους. «Ποιο είναι το σωστό λεξιλόγιο για χρήση», είπε ο Natelson, «αν δεν πρόκειται να μιλήσετε για οιονεί σωματίδια;»

Όταν πιέζονται, οι φυσικοί απαντούν σε αυτή την ερώτηση με μια φαρέτρα μεταφορών για το τι εμφανίζεται όταν εξαφανίζονται μεμονωμένα ηλεκτρόνια: Συγχωνεύονται σε μια μπερδεμένη κβαντική σούπα. πήζουν σε ζελέ. σχηματίζουν ένα αφρώδη χάος φορτίου που γλιστράει τριγύρω. Φίλιπ Φίλιπς της Urbana-Champaign παρομοιάζει τα ηλεκτρόνια ενός παράξενου μετάλλου με το καουτσούκ σε ένα ελαστικό. Όταν το καουτσούκ βγαίνει από ένα δέντρο, τα μόριά του ευθυγραμμίζονται σε μεμονωμένες χορδές. Αλλά κατά τη διάρκεια της διαδικασίας βουλκανισμού, αυτές οι χορδές μεταμορφώνονται σε ένα τραχύ δίχτυ. Μια νέα ουσία αναδύεται από τη συλλογή ατόμων. «Παίρνετε κάτι που είναι μεγαλύτερο από το άθροισμα των μερών του», είπε. «Τα ίδια τα ηλεκτρόνια δεν έχουν ακεραιότητα».

Για να προχωρήσουν πέρα ​​από τις ασαφείς περιγραφές της εμφάνισης, οι φυσικοί χρειάζονται μια ακριβή μαθηματική περιγραφή - μια άγνωστη ακόμη θεωρία ρευστού Fermi για περίεργα μέταλλα. Ο Sachdev βοήθησε στην ανάπτυξη ενός απλοϊκού υποψηφίου, του μοντέλου SYK, στις αρχές της δεκαετίας του 1990. Είχε τη σωστή γραμμική αντίσταση, αλλά δεν είχε καμία απολύτως σχέση με πραγματικά υλικά φτιαγμένα από ένα πραγματικό πλέγμα ατόμων. Για ένα πράγμα, δεν είχε χώρο. όλα τα ηλεκτρόνια κάθονται σε ένα μόνο σημείο όπου αλληλεπιδρούν τυχαία και μπλέκονται με όλα τα άλλα ηλεκτρόνια.

Τα τελευταία δύο χρόνια, ο Sachdev, Aavishkar Patel του Ινστιτούτου Flatiron, και οι συνεργάτες τους εργάζονταν φέρνοντας χώρο στο μοντέλο SYK. Διαδίδουν τις αλληλεπιδράσεις ηλεκτρονίων σε όλο το διάστημα λαμβάνοντας υπόψη τις επιπτώσεις των ελαττωμάτων στο ατομικό πλέγμα - σημεία όπου τα άτομα έχουν εξαφανιστεί ή έχουν εμφανιστεί επιπλέον άτομα. Αυτό το ξεσκόνισμα των ατομικών ατελειών προκαλεί τυχαίες διακυμάνσεις στο πώς αλληλεπιδρούν και μπλέκονται ζεύγη ηλεκτρονίων. Η προκύπτουσα ταπισερί από μπλεγμένα ηλεκτρόνια έχει μια γραμμικά αυξανόμενη αντίσταση - το χαρακτηριστικό ενός παράξενου μετάλλου. Πρόσφατα χρησιμοποίησαν το πλαίσιο τους για τον υπολογισμό του θορύβου βολής επισης. Οι αριθμοί δεν ταιριάζουν απόλυτα με τις παρατηρήσεις του Chen, αλλά σχηματίζουν το ίδιο ποιοτικό μοτίβο. «Όλες οι τάσεις είναι σωστές», είπε ο Sachdev.

Άλλοι ερευνητές τονίζουν ότι η θεωρητική κατάσταση παραμένει ρευστή - δεν είναι σαφές σε ορισμένους εάν υλικά τόσο διαφορετικά μεταξύ τους όπως τα φύλλα γραφενίου και οι υπεραγωγοί χαλκού θα μπορούσαν όλα να μοιράζονται μια παρόμοια πλάκα ελαττωμάτων για να παράγουν τις κοινές ιδιότητες περίεργων μετάλλων στο τρόπο που απαιτείται από τη θεωρία των Sachdev και Patel. Και οι εναλλακτικές θεωρίες αφθονούν. Ο Phillips, για παράδειγμα, υποπτεύεται ότι απαιτούν περίεργα μέταλλα μια αναδυόμενη μορφή ηλεκτρομαγνητισμού που δεν βασίζεται σε ολόκληρα ηλεκτρόνια. Ο Si και ο Bühler-Paschen, εν τω μεταξύ, έχουν περάσει σχεδόν 20 χρόνια ανάπτυξη και εξερεύνηση a θεωρία για το πώς διαλύονται τα οιονεί σωματίδια όταν ένα σύστημα βρίσκεται σε "κβαντικό κρίσιμο σημείο», όπου δύο διαφορετικές κβαντομηχανικές καταστάσεις αγωνίζονται για το πάνω χέρι. Στο πείραμα του θορύβου πυροβολισμού, έφεραν τα νανοσύρματά τους σε ένα τόσο κρίσιμο σημείο.

Ενώ οι φυσικοί δεν συμφωνούν ακόμη για το γιατί τα ηλεκτρικά φορτία φαίνεται να διαλύονται μέσα σε περίεργα μέταλλα, ή ακόμα και αν διαλύονται πραγματικά, είναι αποφασισμένοι να το ανακαλύψουν.

«Αν πραγματικά πιστεύουμε ότι υπάρχει μια ολόκληρη κατηγορία μετάλλων εκεί έξω που δεν καταλαβαίνουμε», είπε ο Natelson, «είναι σημαντικό να τα κατανοήσουμε».

Σημείωση του συντάκτη: Το Ινστιτούτο Flatiron χρηματοδοτείται από το Ίδρυμα Simons, το οποίο χρηματοδοτεί επίσης αυτό το εκδοτικά ανεξάρτητο περιοδικό. Ούτε το Flatiron Institute ούτε το Simons Foundation έχουν καμία επιρροή στην κάλυψή μας. Περισσότερες πληροφορίες διαθέσιμες εδώ.

Quanta διεξάγει μια σειρά από έρευνες για την καλύτερη εξυπηρέτηση του κοινού μας. Πάρτε το δικό μας έρευνα αναγνωστών φυσικής και θα μπείτε για να κερδίσετε δωρεάν Quanta εμπορεύματα.