Эксперимент выявил странные свойства необычных металлов

Физики из Университета Цинциннати всё больше узнают о причудливом поведении редкоземельных металлов, которые действуют вне обычных правил электричества.


Физики в лаборатории в Хего, Япония, направили радиоактивные гамма-лучи на сплав иттербия, редкоземельного металла. Эксперимент выявил необычные колебания электрического заряда. Исследование, проведённое Хисао Кобаяши, опубликовали в журнале Science. В международном эксперименте участвовал физик-теоретик Яшар Комиджани, доцент Колледжа искусств и наук Калифорнийского университета.


— Яшар Комиджани, физик-теоретик.

Комиджани в течение многих лет изучал тайны необычных металлов в связи с квантовой механикой. О своих навыках физик-теоретик говорит, что может многое рассказать о чём-то, спрятанном в чёрный ящик, просто измеряя удельное сопротивление, теплоёмкость и проводимость неизвестного ему вещества. Но когда дело дошло до сплава иттербия, эксперт обнаружил для себя загадку — как заряд почему-то медленно колеблется в сильно коррелированной квантовой системе.

Редкоземельные металлы представляют интерес для широкого круга физиков, изучающих всё, от физики элементарных частиц до квантовой механики. Одна из причин заключается в их странно высокой проводимости, по крайней мере, при чрезвычайно низких температурах, что придаёт им потенциал в качестве сверхпроводников для квантовых вычислений.

Пирс Коулман, профессор Университета Ратгерса, отметил, что эти металлы обеспечивают основу для новых форм электронной материи, особенно экзотической и высокотемпературной сверхпроводимости. Коулман добавил, что слишком рано размышлять о том, к каким новым технологиям могут привести исследования редкоземельных металлов. И привёл пример: после того, как Майкл Фарадей открыл электромагнетизм, британский канцлер Уильям Гладстон спросил, для чего это было бы полезно. И Фарадей ответил, что, хотя он не знает, он уверен, что однажды правительство обложит это налогом.

Большой вопрос — это происхождение их масштабной инвариантности, квантовой критичности. Пока экспериментаторы будут пытаться повторить результаты на других редкоземельных металлах, команда из Калифорнийского университета и Ратгерса попытается превратить своё открытие в новую теорию, пояснил Пирс Коулман.

Эксперимент был новаторским отчасти из-за того, что исследователи создали гамма-частицы с помощью ускорителя частиц, называемого синхротроном. То есть в Японии задействовали синхротрон, подобный тому, который есть в ЦЕРН, Европейской организации ядерных исследований. Синхротрон ускоряет протон, разбивает его о стену и испускает гамма-излучение. Таким образом появляется источник гамма-излучения по требованию без использования радиоактивных материалов, в свою очередь добавил Яшар Комиджани. Исследователи использовали спектроскопию для изучения воздействия гамма-лучей на странный металл. А также изучили скорость колебаний электрического заряда металла, которые занимают всего наносекунду — миллиардную долю секунды.

Однако в квантовом мире наносекунда — это вечность, прокомментировал Комиджани. Вот почему учёные долго задавались вопросом, почему эти колебания на самом деле такие медленные. В итоге коллеги по международному исследованию выдвинули теорию о том, что в основе могут быть колебания решётки, и это, согласно итоговым выводам, действительно так.