西蒙斯基金会 显示物质的不同状态与温度、温度和相互作用强度的函数关系图(归一化为电子在不同位置之间跳跃的幅度)
奇怪的金属出现在分离金属自旋玻璃和费米液体的区域
信用:P
Cha等人
/美国国家科学院学报2020 即使以量子物理学家的标准来看，奇怪的金属也是非常奇怪的
这种材料与高温超导体有关，并且与黑洞的性质有着惊人的联系
根据量子力学定律，奇怪金属中的电子以最快的速度耗散能量，而且奇怪金属的电阻率与普通金属不同，与温度成正比
从理论上理解奇怪的金属是凝聚态物理最大的挑战之一
现在，来自纽约弗拉铁研究所和康奈尔大学的研究人员使用尖端计算技术，已经解决了第一个奇怪金属的鲁棒理论模型
研究人员在7月22日的《国家科学院院刊》上报道说，这项工作揭示了奇怪的金属是一种新的物质状态
“我们称它们为奇怪的金属，这一事实应该告诉你我们对它们的了解有多深，”这项研究的合著者奥利维尔·帕科莱说，他是弗拉铁研究所计算量子物理中心(CCQ)的高级研究科学家
“奇怪的金属与黑洞有着共同的显著特性，为理论物理开辟了令人兴奋的新方向
" 除了帕科莱，研究团队还包括康奈尔大学博士生彼得·查、CCQ大学协理数据科学家奈尔斯·温特泽尔、CCQ大学主任安东尼·乔治和康奈尔大学物理学教授金恩亚
在量子力学世界中，电阻是电子撞击物体的副产品
当电子流过金属时，它们会从金属中的其他电子或杂质上反弹回来
这些碰撞之间的时间越长，材料的电阻就越低
对于典型的金属，电阻随温度增加，遵循一个复杂的方程
但是在不寻常的情况下，比如当高温超导体被加热到刚好超过它停止超导的温度时，这个方程就变得简单多了
在一种奇怪的金属中，电导率与温度和宇宙的两个基本常数直接相关:普朗克常数和玻尔兹曼常数
因此，奇怪的金属也被称为普朗克金属
奇怪金属的模型已经存在了几十年，但是用现有的方法精确地解决这些模型是不可能的
电子之间的量子纠缠意味着物理学家不能单独处理电子，材料中粒子的数量使得计算更加困难
查和他的同事使用了两种不同的方法来解决这个问题
首先，他们使用了一种基于乔治在90年代早期提出的想法的量子嵌入方法
通过这种方法，物理学家不再对整个量子系统进行详细的计算，而是只对几个原子进行详细的计算，对系统的其他部分进行更简单的处理
然后，他们使用量子蒙特卡罗算法(以地中海赌场命名)，该算法使用随机抽样来计算问题的答案
研究人员将奇怪金属的模型解到了绝对零度(零下273
15摄氏度)，这是宇宙中无法达到的温度下限
由此产生的理论模型揭示了奇怪金属的存在，它是一种新的物质状态，与两种以前已知的物质状态相邻:莫特绝缘自旋玻璃和费米液体
“我们发现，在相空间中有一个完整的区域呈现出普朗克行为，它不属于我们正在过渡的两个相，”金说
“这种量子自旋液态并没有被锁定，但也不是完全自由的
这是一种呆滞、粘稠、泥泞的状态
它是金属性的，但不情愿是金属性的，它将混沌程度推向了量子力学的极限
" 这项新工作可以帮助物理学家更好地理解高温超导体的物理特性
或许令人惊讶的是，这项工作与天体物理学有联系
像奇怪的金属一样，黑洞表现出的特性只取决于温度和普朗克和玻尔兹曼常数，比如一个黑洞与另一个黑洞融合后“环”的时间
帕科莱说:“事实上，你会发现从普朗克金属到黑洞，所有这些不同的系统都有相同的标度，这很有趣。”
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
