在由“奇怪金屬”制成的納米線上發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的現(xiàn)象，即電流像水一樣流動，這種奇怪的金屬相困擾了物理學家 40 年。

科學家們發(fā)現(xiàn)電流在一組奇怪的金屬中像流體一樣流動，這讓他們感到困惑。

這項實驗是在由一種稱為“奇怪金屬”的奇怪材料制成的納米尺寸電線中進行的，結(jié)果表明電流不再以電子團的形式移動，這與物理學家關(guān)于金屬行為的最基本假設(shè)之一相矛盾。

如果觀測結(jié)果正確，它們不僅可以揭示奇怪的金屬（自從近 40 年前金屬被發(fā)現(xiàn)以來，奇怪的金屬一直讓物理學家感到困惑），而且可以導致人們重新評估電荷如何攜帶。研究人員于 11 月 23 日在《科學》雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。奇怪的金屬”是一種量子材料，具有一些真正奇怪的特性：它們不僅違反了普通金屬中的電阻規(guī)則，而且有些甚至可以在相對較高的溫度下變成超導體——這意味著它們可以在不產(chǎn)生電流的情況下攜帶電流。任何阻力。

在普通金屬中，電阻率（衡量電流流過材料的難度的指標）隨著溫度的平方而增加，然后在金屬變得非常熱時變平。這具有直觀意義——當金屬中帶電荷的電子在金屬的振動原子結(jié)構(gòu)內(nèi)碰撞和散射時，就會產(chǎn)生電阻率，因此增加原子的振動會增加這種散射率，直至電子變得無法攜帶電流。

但 1986 年，一類名為銅酸鹽的含銅材料打破了所有規(guī)則。相反，銅氧化物的電阻隨溫度線性增加，當其中一些銅氧化物冷卻到某個溫度閾值以下（負211華氏度或負135攝氏度）時，它們就會轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢w。

金屬傳導電流的方式發(fā)生了一些非常奇怪的事情。

在發(fā)現(xiàn)奇怪的金屬之前，物理學家將傳統(tǒng)金屬視為由費米“?！苯M成，這些電子主要由單個電子組成，這些電子一一攜帶著電流。后來物理學家列夫·蘭道 (Lev Landau) 將此理論發(fā)展到包括電子之間的相互作用，他于 1956 年提出理論：金屬中的電子根據(jù)量子糾纏的詭異規(guī)則聚集在一起。

這意味著當金屬的電子以電流的形式游動時，它們不會離散地移動，而是以準粒子團的形式流動。事實證明，蘭道的理論極其準確，成為金屬導電方式的標準觀點。

然而，奇怪的金屬電阻的奇怪線性上升仍然無法解釋。為了測試可能發(fā)生的情況，這項新研究背后的研究人員用奇怪的金屬鐿、銠和硅的精確混合物制作了微小的納米線（每根寬 200 納米，長 600 納米，大約比細菌小五倍）。將它們冷卻到僅比絕對零度高幾度的溫度。

然后，在電線中流過短暫的電流后，科學家們利用一種稱為散粒噪聲的經(jīng)典現(xiàn)象測量了電子流的波動。作為量子粒子，電子受到隨機量子力學過程的控制。然后，在一根電線上施加電壓，里面的電子就會隨機地從一端移動到另一端。

通常，參與這一過程的電子太多，以至于每個電子移動時的隨機性被整體電流的踩踏淹沒。但是，通過使電線變小、電壓變小，物理學家可以減少能夠流動的電子數(shù)量，并使電流的靜態(tài)爆裂聲變得可見。

“離散電荷的流動方式存在一些統(tǒng)計波動，”資深作者、德克薩斯州萊斯大學物理學教授道格拉斯·內(nèi)特爾森告訴《生活科學》?！熬拖裆沉４┻^沙漏一樣，平均來說，流動是平穩(wěn)的，但如果你仔細觀察，有時兩個連續(xù)的沙粒在時間上很接近，有時則相距較遠。”

如果朗道的聚集準粒子理論適用于奇怪的金屬，那么實驗中檢測到的散粒噪聲應(yīng)該表明其電子以離散的團塊形式到達。

但令人震驚的是，納米線中的電流不是大量飛濺，而是以連續(xù)的嘶嘶聲到達——電流通過電線傳輸，但似乎與傳輸電流的電荷載體不同步。

“想象一下?lián)頂D的走廊。在普通的金屬外殼中，即使走廊很擁擠，一個特定的人（準粒子）也可以通過走廊，而周圍的人經(jīng)過時只需要受到輕微的干擾，”內(nèi)特爾森解釋道?！霸谄婀值慕饘偻鈿だ铮呃雀袷且粋€狂歡坑。每個人都在擠來擠去，以至于你無法真正跟蹤一個人，但不知何故，走廊里仍然有一個人凈流動。”

既然已經(jīng)觀察到了這種奇怪的現(xiàn)象，研究人員表示，通過在其他奇怪的金屬中尋找它，他們可能會發(fā)現(xiàn)奇怪的物質(zhì)相背后的共同“組織原理”，以及一些關(guān)于奇怪的金屬如何實現(xiàn)的關(guān)鍵提示。超導。