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混沌电子在奇异金属中遵循“极限”

2021年7月29日发布

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Ella Maru工作室

研究人员定义了计算框架,以解释为什么电子在一种奇怪的金属中沿任何方向运动,遵循“普朗克极限”。

联系人:Becka鲍耶

塔拉哈西,佛罗里达州。金属中的电子试图表现得像听话的司机,但它们最终更像碰碰车。他们可能是鲁莽的司机,但一项新的研究证实,这种混乱有一个由量子力学定律建立的极限。

团队的论文,”从各向同性普朗克散射率的线性温度电阻率他与加拿大舍布鲁克大学的路易斯·泰勒弗(Louis Taillefer)领导的研究人员合作,于7月28日发表在《自然》杂志上。该论文的主要作者是Gael Grissonnanche,他是该研究所的博士后研究员康奈尔大学卡夫里研究所的纳米尺度科学

当所有的电子串联移动时,金属就会携带电流。在大多数金属中,比如用于电线的铜和金,电子会尽量避开对方而一致地流动。然而,在某些“奇怪”金属的情况下,这种和谐被打破了,电子通过以尽可能快的速度相互反弹来耗散能量。量子力学定律本质上扮演着电子交警的角色,规定了这些碰撞发生频率的上限。科学家们之前观察到碰撞速率的这个极限,也被称为“普朗克极限”,但没有具体的理论来解释为什么会存在这个极限,也不知道奇怪金属中的电子是如何达到这个极限的。因此,研究人员开始仔细测量它。

“根据经验,我们知道电子相互碰撞的速度只有这么快。但我们不知道原因。布拉德Ramshaw他是康奈尔大学艺术与科学学院的Dick & Dale Reis Johnson助理教授,MagLab的频繁用户,也是这篇论文的资深作者。“以前,‘普朗克极限’只是用非常简单的模型从数据中推断出来的。我们做了非常仔细的测量和计算,并表明它确实是服从的,直到细微的细节。我们发现它是各向同性的,所以电子向任何方向运动都是一样的。这真是个大惊喜。”

研究人员将他们的研究重点放在一种基于铜氧化物的高温超导体上,即铜酸盐。他们的团队需要样品的旋转和温度稳定在1 mK以内,所以他们与美国国家科学基金会资助的佛罗里达州塔拉哈西国家高磁场实验室的合作者合作,在45特斯拉的混合磁铁中进行实验——它保持着创造最高连续磁场的世界纪录——并记录了改变磁场角度时样品电阻的变化。爱游戏提现客服然后,拉姆肖的团队花了两年的时间创建了数值数据分析软件,以提取相关信息。

令人惊讶的是,他们能够用与传统金属相同的相对简单的方程来分析他们的数据,他们发现铜金属的电子服从普朗克极限。

Grissonnanche说:“我们使用的方法应该太naïve了。”“对于该领域的科学家来说,这种方法是否有效并不明显,但它确实有效。因此,有了这个新发现,我们可谓一石二鸟:我们将这种简单方法的有效性扩展到了陌生金属,我们还精确地测量了普朗克极限。我们终于解开了奇怪金属中电子强烈运动背后的谜团。”

“这似乎并不取决于材料的具体细节,”Taillefer说。“所以它必须是一个几乎压倒一切的原则,对细节不敏感。”

Ramshaw认为,其他研究人员现在可以使用这种计算框架来分析广泛的实验问题和现象。毕竟,如果它适用于奇怪的金属,它应该适用于许多其他领域。

也许这些奇怪的金属比我们之前想象的要有序一些。

他说:“你有了这些极其复杂的微观成分和量子力学,然后,在另一方面,你得到了一个非常简单的定律,即散射速率只取决于温度,而不取决于其他因素,其斜率等于我们所知道的自然基本常数。”“从如此复杂的原料中提炼出简单的东西,真的很美,很吸引人。”

这样的发现也可能使人们更深入地理解量子系统与引力中类似现象(如黑洞物理学)之间的联系——实际上,在量子力学这个令人眼花缭乱的小世界和广义相对论中的“对偶”理论之间建立了桥梁,科学家们在近一个世纪以来一直试图调和物理学的两个分支。

共同作者包括博士生方亚文和来自加拿大Université de Sherbrooke、德克萨斯大学奥斯汀分校、国家强磁场实验室和英国华威大学的研究人员。爱游戏体育是什么爱游戏提现客服

这项研究得到了美国国家科学基金会、欧洲研究委员会、加拿大高级研究所、加拿大自然科学与爱游戏提现客服工程研究委员会、加拿大第一卓越研究基金以及戈登和贝蒂摩尔基金会的EPiQS倡议的部分支持。

戴维·纳特的故事,由康奈尔大学新闻提供


最后修改于2022年10月24日

爱游戏体爱游戏提现客服育是什么美国国家强磁场实验室是世界上最大、功率最高的磁体设备。位于佛罗里达州立大学、佛罗里达大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室的跨学科国家磁实验室吸引了来自世界各地的科学家在强磁场中进行基础研究,促进了我们对材料、能源和生命爱游戏提现客服的理解。该实验室由美国国家科学基金会(DMR-212855爱游戏提现客服6)和佛罗里达州资助。欲了解更多信息,请访问我们的网站爱游戏提现客服www.familiaclick.com或者在NationalMagLab的Facebook、Twitter、Instagram和Pinterest上关注我们。爱游戏提现客服