Тайна «странных металлов» наконец-то может быть объяснена
Физики предложили элегантное решение 37-летней проблемы, почему «странные металлы» проводят электричество необычным образом. Новая универсальная теория может помочь ученым разработать лучшие сверхпроводники для квантовых компьютеров, утверждает физик Аавишкар Патель.
Странные металлы ведут себя странным образом, когда через них проходит электричество. При очень низких температурах эти металлы становятся сверхпроводниками, то есть имеют нулевое сопротивление потоку электронов. Сопротивление обычно увеличивается для всех материалов при более высоких температурах, потому что электроны получают больше энергии и чаще сталкиваются друг с другом.
Как ни удивительно, странные металлы даже более устойчивы к потоку электронов, чем обычные металлы, при более высоких температурах, даже несмотря на то, что они являются сверхпроводниками при низких температурах. Когда странный металл нагревается, он достигает критической температуры, при которой сопротивление резко возрастает. За пределами этой точки сопротивление увеличивается пропорционально температуре, что можно представить в виде прямой линии, идущей вверх на графике.
Обычные металлы, такие как железо и медь, так себя не ведут. В этих металлах сопротивление увеличивается пропорционально квадрату температуры, что на графике выглядит как слегка плавная кривая.

Что вызывает это странное поведение? По словам Пателя, работающего в Институте Флэтайрон в Нью-Йорке, и его коллег из нескольких других университетов США, это сочетание квантовой запутанности и случайности.
— Аавишкар Патель.
Запутанность описывает корреляции между частицами, которые придают им своего рода общую идентичность. В таких материалах, как странные металлы, пары запутанных электронов, называемые куперовскими парами, обладают волнообразными свойствами, которые при низких температурах помогают им легче скользить сквозь лес атомов.
Однако расположение атомов внутри странных металлов также относительно случайно. Пары Купера, неравномерно распределенные по материалу, с меньшей вероятностью будут течь в одном направлении по мере повышения температуры, из-за чего их импульс случайным образом вызывает дополнительное сопротивление при их столкновении.
— Аавишкар Патель.
Странное поведение странных металлов было впервые обнаружено в керамических кристаллах, называемых купратами, в 1986 году. Ученые, синтезировавшие этот материал, физики Георг Беднорц и Алекс Мюллер, были удостоены Нобелевской премии за свои усилия. В то время этот синтетический купрат был самым высокотемпературным сверхпроводником из когда-либо созданных, и это вызвало поиски других материалов с такими свойствами — поиски, которые продолжаются и по сей день.
Сегодня известно много сверхпроводящих материалов, но они работают только при экстремально низких температурах, достижимых с использованием громоздких, дорогих материалов и инфраструктуры, что делает их непрактичными для широкомасштабного использования.
Сделать странные металлы менее странными может стать важным шагом на пути к созданию высокоэффективных схем без сопротивления, которые будут работать в условиях окружающей среды. Исследование было опубликовано в журнале Science.
Странные металлы ведут себя странным образом, когда через них проходит электричество. При очень низких температурах эти металлы становятся сверхпроводниками, то есть имеют нулевое сопротивление потоку электронов. Сопротивление обычно увеличивается для всех материалов при более высоких температурах, потому что электроны получают больше энергии и чаще сталкиваются друг с другом.
Как ни удивительно, странные металлы даже более устойчивы к потоку электронов, чем обычные металлы, при более высоких температурах, даже несмотря на то, что они являются сверхпроводниками при низких температурах. Когда странный металл нагревается, он достигает критической температуры, при которой сопротивление резко возрастает. За пределами этой точки сопротивление увеличивается пропорционально температуре, что можно представить в виде прямой линии, идущей вверх на графике.
Обычные металлы, такие как железо и медь, так себя не ведут. В этих металлах сопротивление увеличивается пропорционально квадрату температуры, что на графике выглядит как слегка плавная кривая.

Что вызывает это странное поведение? По словам Пателя, работающего в Институте Флэтайрон в Нью-Йорке, и его коллег из нескольких других университетов США, это сочетание квантовой запутанности и случайности.
По отдельности эти свойства не могут объяснить причуды странных металлов, но вместе все становится на свои места
— Аавишкар Патель.
Запутанность описывает корреляции между частицами, которые придают им своего рода общую идентичность. В таких материалах, как странные металлы, пары запутанных электронов, называемые куперовскими парами, обладают волнообразными свойствами, которые при низких температурах помогают им легче скользить сквозь лес атомов.
Однако расположение атомов внутри странных металлов также относительно случайно. Пары Купера, неравномерно распределенные по материалу, с меньшей вероятностью будут течь в одном направлении по мере повышения температуры, из-за чего их импульс случайным образом вызывает дополнительное сопротивление при их столкновении.
Эта игра запутанности и неоднородности — новый эффект, который никогда раньше не рассматривался ни для одного материала. Оглядываясь назад, это чрезвычайно простая вещь. Долгое время люди делали всю эту историю со странными металлами излишне сложной, и это было просто неправильно
— Аавишкар Патель.
Странное поведение странных металлов было впервые обнаружено в керамических кристаллах, называемых купратами, в 1986 году. Ученые, синтезировавшие этот материал, физики Георг Беднорц и Алекс Мюллер, были удостоены Нобелевской премии за свои усилия. В то время этот синтетический купрат был самым высокотемпературным сверхпроводником из когда-либо созданных, и это вызвало поиски других материалов с такими свойствами — поиски, которые продолжаются и по сей день.
Сегодня известно много сверхпроводящих материалов, но они работают только при экстремально низких температурах, достижимых с использованием громоздких, дорогих материалов и инфраструктуры, что делает их непрактичными для широкомасштабного использования.
Сделать странные металлы менее странными может стать важным шагом на пути к созданию высокоэффективных схем без сопротивления, которые будут работать в условиях окружающей среды. Исследование было опубликовано в журнале Science.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Что-то странное живет в старом топливе, вытекшем из затонувших кораблей во Вторую мировую войну
По словам ученых, в нефтепродуктах на дне моря «не протолкнуться»: 42 типа, 107 классов, 249 отрядов, 432 семейства, 1 047 родов микроорганизмов...
«Космос-2612» против спутника-шпиона: Россия показала, что не будет мириться с американской разведкой на орбите
Почему западные эксперты считают, что противостояние на орбите выходит на более новую и крайне опасную стадию...
В 2025 году в Беринговом море неожиданно появилось огромное количество крабов
Теперь ученые наконец-то нашли разгадку природной аномалии...
Летние каникулы длиной… в два с половиной года: как 777 российских детей вернулись домой через Сибирь, Америку и Европу
По этой удивительной истории запросто можно снять отличный сериал. Даже несколько сезонов...
Каспийское море снова изменилось: какие острова нанесут на новые карты
Почему географы очень строги к таким объектам и какие требования предъявляют к ним...
Вот почему самый загадочный в мире 600-летний текст до сих пор не расшифрован
Рукопись Войнича могли переплести не по порядку, и этот факт дает ответы на многие вопросы...
Ковчег русских детей: как 777 российских детей вернулись домой через Сибирь, Америку и Европу (продолжение)
Никто и не ожидал, что летние каникулы вдруг затянутся на два с половиной года...
Похоже, между кошками и их хозяевами существует загадочная гормональная связь
Этот эксперимент напрашивался уже давно, но после вопросов стало еще больше...
1319 подтвержденных случаев реинкарнации: исследование американских ученых выявило поразительные закономерности
Исследователи не знают, как объяснить механизм перерождения, но игнорировать статистику тоже не могут...
Парадокс Ванильного острова: почему на Мадагаскаре все рано или поздно заканчивается революцией
Что такое «красные зоны»? Как с ними связаны горбатые быки? И, вообще, какую роль в этой истории сыграла японское аниме?...
Муравьи Дракулы охотятся с первого дня жизни: их мозг может объяснить такую «кровожадность»
По словам ученых, когда-то такими были все муравьи, но что-то заставило их поменять свое поведение...
Загадочный звездный узор на знаменитой картине Ван Гога поставил точку в споре столетней давности
Выяснилось, что целая толпа литературоведов сильно ошибалась в биографии великого художника...
Новая окаменелость подтверждает: предок человека появился на 200 000 лет раньше, чем считали ученые
Антропологи говорят, что доминировал тогда совсем другой вид, а в итоге выжил именно наш далекий пращур...