Gli scienziati hanno scoperto che l’elettricità scorre come un liquido all’interno di uno strano insieme di minerali, lasciandoli a grattarsi la testa.
L’esperimento è stato condotto su fili di dimensioni nanometriche costituiti da Una strana classe di materiali chiamati “minerali esotici”.“, mostra che l’elettricità non si muove più in gruppi di elettroni, il che contraddice una delle ipotesi di base dei fisici sul comportamento dei metalli.
Se le osservazioni sono corrette, non solo saranno in grado di far luce sui minerali esotici, che hanno confuso i fisici fin dalla scoperta dei minerali quasi 40 anni fa, ma porteranno a una rivalutazione del modo in cui trasportano le cariche elettriche. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati il 23 novembre sulla rivista Scienze.
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I “metalli esotici” sono un tipo di materiale quantistico che possiede alcune proprietà davvero strane: non solo violano le regole di resistenza elettrica presenti nei metalli comuni, ma alcuni di essi possono addirittura diventare Superconduttori A temperature relativamente elevate, ciò significa che possono trasportare corrente elettrica senza alcuna resistenza.
Nei metalli comuni, la resistenza elettrica – una misura della forza con cui la corrente elettrica scorre attraverso un materiale – aumenta con il quadrato della temperatura, prima di appiattirsi quando il metallo diventa molto caldo. Questo è intuitivo: la resistenza si verifica quando gli elettroni portatori di carica si scontrano nel metallo e si disperdono all’interno della struttura atomica vibrante del metallo, quindi aumentando le vibrazioni degli atomi aumenterà il tasso di diffusione fino al punto in cui gli elettroni non sono più in grado di trasportare corrente. .
Ma nel 1986, una classe di materiali contenenti rame chiamata cuprati infranse tutte le regole. Invece, la resistenza del rame aumentava linearmente con la temperatura, e quando alcuni di essi venivano raffreddati al di sotto di una certa soglia di temperatura – meno 211 gradi Fahrenheit, o meno 135 gradi Celsius – si trasformavano in superconduttori.
C’era qualcosa di molto strano nel modo in cui i metalli trasportavano la corrente.
Fino alla scoperta dei metalli esotici, i fisici consideravano i metalli convenzionali come composti da un “mare” di Fermi di elettroni in gran parte individuali che trasportavano un flusso dopo l’altro. Questo fu successivamente sviluppato per includere le interazioni tra elettroni dal fisico Leif Landau, che teorizzò nel 1956 che gli elettroni nei metalli si assemblano insieme secondo regole inquietanti. Intreccio quantistico.
Ciò significa che quando gli elettroni metallici nuotano in un flusso, non si muovono separatamente ma fluiscono in gruppi di quasiparticelle. La teoria di Landau si dimostrò sorprendentemente accurata e divenne la visione standard di come i metalli conducono l’elettricità.
Tuttavia, lo strano aumento lineare della resistenza dei metalli esotici è rimasto inspiegabile. Per testare cosa potrebbe accadere, i ricercatori dietro il nuovo studio hanno modellato nanofili (ciascuno largo 200 nanometri e lungo 600 nanometri, circa cinque volte più piccoli dei batteri) da una precisa miscela di metalli esotici itterbio, rodio e silicio, prima di raffreddarli per renderli temperature Solo pochi gradi superiori allo zero assoluto.
Quindi, dopo aver fatto passare brevi scariche di corrente attraverso i fili, gli scienziati hanno misurato le fluttuazioni nel flusso di elettroni, utilizzando un fenomeno classico noto come rumore di sparo. Come particelle quantistiche, gli elettroni subiscono processi quantomeccanici casuali. Quindi, applica una tensione su un filo e gli elettroni al suo interno si sposteranno da un’estremità all’altra in tempi casuali.
Normalmente, in questo processo sono coinvolti così tanti elettroni che la casualità di ciascun elettrone viene soffocata dalla scrambling generale della corrente. Ma riducendo i cavi e le tensioni, i fisici possono ridurre il numero di elettroni in grado di fluire e rendere visibile il crepitio costante della corrente.
“Le tariffe discrete presentano alcune fluttuazioni statistiche nel modo in cui fluiscono”, autore senior Douglas Natelson“Come granelli di sabbia attraverso una clessidra, in media c’è un flusso regolare, ma se guardi attentamente, a volte due granelli successivi si avvicinano l’uno all’altro nel tempo, e altre volte si allontanano”, ha detto il professore di fisica alla Rice University di New York. Il Texas ha detto a WordsSideKick.com.
Se la teoria di Landau delle quasiparticelle raggruppate si applica ai metalli esotici, il rumore dello sparo rilevato nell’esperimento dovrebbe mostrare che i loro elettroni arrivano in gruppi discreti.
Ma ciò che era scioccante era che la corrente nei nanofili, anziché in grandi punti, arrivava con un sibilo continuo. L’elettricità veniva trasportata attraverso i fili, ma sembrava incompatibile con i portatori di carica che avrebbero dovuto trasportare.
“Pensate a un corridoio affollato”, ha spiegato Natelson, “Nella normale custodia di metallo, anche se il corridoio è affollato, una persona in particolare (la semi-particella) può attraversarlo senza disturbare le persone vicine mentre passano. ” “Nella strana custodia di metallo, il corridoio è come un pozzo intricato. Tutti si spingono così tanto che non riesci più a tenere traccia di nessuno, ma in qualche modo c’è ancora un flusso netto di qualcuno in fondo al corridoio.”
Ora che questo strano fenomeno è stato osservato, i ricercatori affermano che, cercandolo in altri minerali esotici, potrebbero trovare un “principio organizzatore” comune dietro la fase della materia esotica, nonché alcuni importanti indizi su come si ottengono i minerali esotici. Superconduttività.
