Un studiu recent al cercetătorilor de la Universitatea Rice din Statele Unite aruncă o nouă lumină asupra comportamentului misterios al metalelor critice cuantice – materiale care încalcă legile obișnuite ale fizicii la temperaturi scăzute. Studiul explorează punctele cuantice critice (QPC), în care materialele planează între două stări distincte, cum ar fi starea magnetică și starea non-magnetică.
Descoperirile caută se explice proprietățile unice ale metalelor cuantice și oferă noi perspective asupra superconductorilor de temperaturi înalte, care conduc electricitatea fără a opune rezistență la temperaturi relativ ridicate.
În centrul studiului se află criticitatea cuantică, o stare în care materialele devin extrem de sensibile la fluctuațiile cuantice – mici întreruperi care modifică modul în care se comportă electronii. În timp ce majoritatea metalelor urmează legile fizice bine stabilite, metalele cuantice sfidează aceste așteptări, manifestând comportamente neobișnuite și colective care i-au nedumerit pe oamenii de știință de zeci de ani. Fizicienii se referă la aceste sisteme drept „metale ciudate”.
Rolul cvasiparticulelor în metalele cuantice
Cvasiparticulele, reprezentând comportamentul colectiv al electronilor care acționează ca particulele individuale, joacă un rol crucial în transferul de energie și informații în materiale. Cu toate acestea, la QCP, aceste cvasiparticule dispar într-un fenomen cunoscut sub numele de distrugere Kondo. Aici momentele magnetice din material își încetează interacțiunea obișnuită cu electronii, transformând dramatic structura electronică a metalului.
Această schimbare este evidentă în suprafața Fermi, o hartă a stărilor posibile ale electronilor din material. Pe măsură ce sistemul traversează QCP, suprafața Fermi se schimbă brusc, modificând semnificativ proprietățile materialului.
Studiul se extinde dincolo de metalele fermionice grele – materiale cu electroni neobișnuit de grei – pentru a include oxizi de cupru și anumiți compuși organici. Toate aceste metale ciudate prezintă comportamente care sfidează teoria tradițională a lichidului Fermi, un cadru folosit pentru a descrie mișcarea electronilor în majoritatea metalelor. În schimb, proprietățile lor se aliniază cu constante fundamentale, cum ar fi constanta lui Planck, care guvernează relația cuantică dintre energie și frecvență.
Superconductori avansați
Cercetătorii au identificat o condiție numită scalare planckiană dinamică, în care dependența de temperatură a proprietăților electronice oglindește fenomene universale precum radiația cosmică de fond și radiația „corpului negru”, care aproximează comportamentul stelelor. Această descoperire subliniază un model organizațional comun între diferite materiale critice cuantice, oferind perspective în crearea de superconductori avansați.
Implicațiile cercetării se extind la alte materiale cuantice, inclusiv la superconductori pe bază de fier și la cele cu structuri complexe de rețea. Un exemplu este CePdAl, un compus în care interacțiunea a două forțe concurente – efectul Kondo și interacțiunile RKKY – determină comportamentul său electronic. Studiind aceste tranziții, oamenii de știință speră să decodeze fenomene similare în alte materiale corelate, unde domină relațiile interelectronice complexe.
Sursa: SciTechDaily