所谓的“奇怪金属”的行为长期以来一直困扰着科学家们,但多伦多大学的一组研究人员可能离理解这些材料更近了一步。
电子是离散的亚原子粒子,它们像流过管道的水分子一样流过电线。这种流动被称为电力,它被用来为从灯泡到大型强子对撞机的一切提供动力和控制。
相比之下,在量子物质中,电子的行为不像在正常材料中那样。它们要强得多,电子的四个基本特性 - 电荷,自旋,轨道和晶格 - 交织在一起,导致物质的复杂状态。
“在量子物质中,电子摆脱了它们的粒子状特征并表现出奇怪的集体行为,”凝聚态物理学家Arun Paramekanti说,他是多伦多大学艺术与科学学院物理系的教授。“这些材料被称为非费米液体,其中简单的规则被打破了。
现在,来自该大学物理系和量子信息与量子控制中心(CQIQC)的三名研究人员开发了一个理论模型,描述了非费米液体中亚原子粒子之间的相互作用。该框架扩展了现有模型,将帮助研究人员了解这些“奇怪金属”的行为。
他们的研究发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。主要作者是物理学博士生Andrew Hardy,合著者Paramekanti和博士后研究员Arijit Haldar。
“我们知道,像血液这样的复杂液体通过动脉的流动比水通过管道更难理解,”Paramekanti说。“同样,非费米液体中的电子流动比简单金属中的电子流动更难研究。
哈代补充说:“我们所做的是构建一个模型,一个工具来研究非费米液体的行为。具体来说,处理当对称性破裂时会发生什么,当相变到一种新型系统时。
“对称性破坏”是用来描述在所有自然界中发现的基本过程的术语。当一个系统——无论是一滴水还是整个宇宙——失去对称性和均匀性并变得更加复杂时,对称性就会被打破。
例如,一滴水滴无论其方向如何都是对称的——向任何方向旋转它,它看起来都是一样的。但是当它经历相变并冻结成冰晶时,它的对称性就会被打破。作为一片雪花,它仍然是对称的,但只是在六个不同的方向上。
同样的事情发生在大爆炸之后的所有亚原子粒子和力上。随着宇宙的爆炸性诞生,所有的粒子和所有的力都是一样的,但对称性的破坏立即将它们转化为我们今天在宇宙中看到的流形粒子和力。
“非费米液体中的对称性破坏研究起来要复杂得多,因为没有一个全面的框架来处理非费米液体,”哈代说。“描述这种对称性破坏是如何发生的很难做到的。
在非费米液体中,当粒子处于对称性破坏的边缘时,电子之间的相互作用会变得更强。就像一个球在山顶上一样,一个非常轻柔的轻推会把它送到相反的方向。
这项新研究提供了对非费米液体中这些转变的见解,并可能导致调整和控制量子材料性质的新方法。虽然对物理学家来说仍然是一个严峻的挑战,但这项工作对于可能塑造下一代量子技术的新量子材料非常重要。
这些技术包括高温超导体,可在更接近室温的温度下实现零电阻,使其更加实用和有用。还有石墨烯器件 - 基于一个原子厚的碳原子层的技术,具有无数的电子应用。
“量子材料表现出不寻常的电子流和复杂类型的对称性破坏,可以控制和调整,”哈代说。“能够对此类系统进行理论预测,这些预测可以在实验室的新实验中进行测试,这对我们来说是令人兴奋的。
智能推荐
-
盘点全球最奇怪的十大昆虫,个个奇特!(世界上最奇特的昆虫)2023-08-22 导语:大多数虫豸的体积都不大,也没有甚么危机。可是虫豸大多数都是长的神情各别,光怪陆离,排行榜123网小编本日就为您盘货一下那些瑰异的虫豸,快来,餍足一下你的好奇
-
研究表明社交媒体内容为可持续发展科学研究人员开辟了新的领域2023-08-06 由于世界上一半以上的人跃在社交媒体网络上,用户生成的数据已被证明是研究环境和可持续性态度的社会科学家的沃土
-
什么是人鸟仪式?复活节岛神秘的人鸟仪式之谜2023-08-17 导语:我们都知道一方水土养一方人,每个地点都有自个奇异的宗教典礼以及建筑物的独特寓意。在南太平洋的一个复活节岛屿上,竟有如许一种神秘的人鸟典礼,你们知道甚么是人鸟
-
神秘“核酸大王”张核子又有新动作 纷纷猜测要进军统租房领域!2023-09-12 音频解说神秘“核酸大王”张核子又有新动作纷纷猜测要进军统租房领域!今天的关注度非常高,直接上了热搜榜,那么具体的是什么情况呢,大家可以一起来看看具体都是怎么回事吧
-
世界上最奇怪的雨:血雨、鱼雨、蟾蜍雨等(奇特又神秘)2023-08-21 世界之大应有尽有,总是有很多奇异的处所和事宜,让人们难以相信是果真,有的乃至至今都不知道缘故原由,世界上也没有甚么是一成稳固的,就连下雨也并不都是相通的,世界上有
-
北大教授谈医疗领域反腐:要真正让医务人员有阳光体面的收入2023-08-18 大家好,大家对北大教授谈医疗领域反腐:要真正让医务人员有阳光体面的收入很关注,下面小雪整理下相关的信息,现在让我们一起来看看吧
-
海洋现象有哪些?盘点海洋中的10个神秘现象(真实存在)2023-08-24 导语:海洋世界平昔是一个高度神秘的地点,海底的世界平昔激励着我们的想象力,科研职员对好多异样使人震惊的海洋异景很感兴趣,它们也都是实在生计的
-
研究人员提出了新的对流理论 用于理解电池的快速充电2023-08-22 MechSE副教授KyleSmith和博士生MdAbdulHamid最近在《电源杂志》上发表了一篇文章
-
新的3D模型提供了对葡萄糖在致命肾脏疾病中的作用的见解2023-08-07 科学家们结合了两种方法来模拟这种疾病-培养皿中的器官和器官芯片技术-以显示葡萄糖(血液中常见的一种糖)在形成PKD囊肿中的作用
-
蛟龙号泄密事件,海底7000米发现神秘生物/吓疯潜水员2023-09-05 蛟龙号是中国的载人潜水器,曾创下7米的记实,而在这潜水的过程中,外传发现过巨型生物,具有吓疯过潜水员
-
王者荣耀神秘手机密码是什么2023-08-06 ,')王者荣耀神秘手机密码是什么呢?当小伙伴们拿到一部神秘的电话时,必须要用密码解锁,而后就能够从内中拿到一个皮肤
-
MH370关键碎片被当洗衣板,法记者mh370被空中击落 与神秘货物有关2023-09-25 214年3月8日,马来西亚航空MH37客机失联,至今没有多少确凿的线索,事件也被称为世界上最神秘的空难