新理论阐释“奇异金属”为何奇异

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2023-08-21 04:38:00 来源：科技日报

(资料图)

科技日报记者张佳欣

近40年来，被称为“奇异金属”的材料为什么奇异这个问题，一直让物理学家感到困惑，因为奇异金属的工作原理无法用正常的电学规则解释。在最新一期《科学》杂志上，美国纽约熨斗研究所计算量子物理中心（CCQ）团队终于确定了一种解释奇异金属特性的机制。

“奇异金属”具有不均匀的原子排列，而且其电子可以通过量子力学方式相互纠缠。图片来源：露西·雷丁-伊坎达/美国西蒙斯基金会

许多量子材料中都存在奇异的金属行为，例如一些材料经过微小变化就可成为超导体。此次的新理论解释了奇异金属的许多奇异之处，比如为什么电阻率的变化与温度成正比，甚至在极低温度下也是如此。这种正比关系意味着，在相同的温度下，奇异金属比普通金属更能抵抗电子的流动。

揭示奇异金属的奇特之处需要将其两种属性结合起来。首先，奇异金属的电子可能发生量子纠缠，即使相距很远仍然能保持纠缠；其次，奇异金属具有不均匀的、拼凑的原子排列。

奇异金属原子布局的不规则性意味着，电子纠缠会根据材料中发生纠缠的位置而变化。这种变化增加了电子动量的随机性。电子不是全部在一起流动，而是在各个方向上相互碰撞，从而产生电阻。材料越热，碰撞就越频繁，电阻随之增加。

纠缠和不均匀性的相互作用是一种新的效应，科学家以前从未在任何物质上考虑过这种作用。这种简单的机制却解释了凝聚态物理学最大的未解谜团之一，即奇异金属为什么奇异。该研究可帮助科学家开发量子计算机应用，对新超导体进行“微调”等。

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