量子物理学家破解了“奇怪金属”的谜团 - 一种新的物质状态

奇怪的金属与高温超导体和黑洞有令人惊讶的连接。

即使是量子物理学家的标准，奇怪的金属也是普通的奇怪。材料与高温超导体有关，并且与黑洞的性质具有令人惊讶的连接。奇怪金属中的电子尽快散发能量，因为它们在量子力学规律下，与普通金属不同的奇怪金属的电阻率与温度成比例。

产生对奇怪金属的理论理解是凝聚物物理中最大的挑战之一。现在，使用尖端计算技术，纽约市和康奈尔大学Flatiron Institute的研究人员解决了奇怪金属的第一个稳健的理论模型。研究人员展示了奇怪的金属是一种新的物质状态，7月22日在国家科学院的诉讼程序中。

“我们称之为奇怪的金属的事实应该告诉你我们了解他们的理解程度，”Flatiron Institute的计算量子物理学中心（CCQ）的高级研究科学家研究科学家学习协作奥利维尔Parcollet。“奇怪的金属与黑洞共享了非凡的物业，打开令人兴奋的理论物理的新方向。”

显示不同状态的物质状态作​​为温度，T和相互作用强度的函数，U（归一化到位点之间的电子跳跃的幅度，T）。奇怪的金属在一个分离金属旋转玻璃和费米液体的制度中出现。

除Parcollet除了Parcollet之外，研究团队还包括CCQ博士，CCQ助理数据科学家Nils Wentzell，CCQ Director Antoine Georges，康奈尔物理学教授Eun-Ah Kim。

在量子机械世界中，电阻是电子的副产品撞到了东西。当电子通过金属流过金属时，它们在金属中反弹其他电子或杂质。这些碰撞之间的时间越多，材料的电阻越低。

对于典型的金属，在复杂的等式之后，电阻随温度而增加。但在不寻常的情况下，例如当高温超导体在其停止超导的位置时，等式变得更加直接。在奇怪的金属中，导电性直接连接到温度和两个宇宙的基本常数：Planck的常量和Boltzmann的常数。因此，奇怪的金属也称为普朗克金属。

几十年来，奇怪金属的型号已经存在，但准确地解决了这些模型与现有方法有关。电子之间的量子缠结意味着物理学家icicicist icipial上的电子来治疗电子，并且材料中的颗粒的纯粹数量使得计算更加令人生畏。

Cha和他的同事们雇用了两种不同的方法来破解问题。首先，它们使用了巨型界嵌入方法，基于90年代早期乔治开发的思路。通过这种方法，而不是在整个量子系统上执行详细计算，物理学家仅对少数原子进行详细的计算，并更简单地处理其余系统。然后，它们使用量子蒙特卡罗算法（为地中海赌场命名），它使用随机抽样来计算问题的答案。研究人员解决了奇怪金属模型，绝对零（减去273.15摄氏度），宇宙中温度的无法访问的下限。

由此产生的理论模型揭示了奇怪金属作为新的物质状态，边界两种先前已知的物质阶段：Mott绝缘旋转眼镜和费米液体。“我们发现的阶段空间中有一个整个地区，它表现出普拉克行为，这些行为属于我们之间的两个阶段，”Kim说。“这种量子旋转液体状态不是如此锁定，但它也没有完全自由。这是一个缓慢，汤，倾斜的状态。它是金属但不情愿的金属，它推动了混沌的程度，以对量子力学的极限。“

新工作可以帮助物理学家更好地了解高温超导体的物理学。也许令人惊讶的是，这项工作有与天体物理学的联系。像奇怪的金属一样，黑洞展示只取决于温度和普朗克和Boltzmann常数，例如黑洞与另一个黑洞合并后的时间量。“你在所有这些不同的系统中发现相同的缩放的事实，从普莱克金属到黑洞，是迷人的，”Parcollet说。

参考：线性电阻率和Sachdev-ye-kitaev（Syk）普通临界金属中的旋转液体行为与Peter Cha，Nils Wentzell，Olivier Parcollet，Antoine Georges和Veun-Ah Kim，Juarm-2020年7月22日，诉讼程序国家科学院的.DOI：
10.1073 / PNAS.2003179117