Voiko sähkö virrata ilman elektroneja?

Olemme oppineet, että sähkön aiheuttavat elektronit, jotka liikkuvat metallissa. Jokaisella elektronilla on erillinen varaus. Kuva on monimutkaisempi koska elektronit hylkivät toisiaan. Mikä tahansa yksittäisen elektronin liike voi häiritä naapurielektronien pilveä. Jos häiriö on lievä, elektronit päätyvät liikkumaan möykkyinä sen sijaan, että ne olisivat yksinäisiä kokonaisuuksia.

Aihetta on tutkinut Rice yliopiston vetämä kansainvälinen tutkijaorganisaatio.

Fyysikot kutsuvat näitä möykkyjä elektronien kvasihiukkasiksi. Lopulta virtaa kuljettavat edelleen erilliset varaukset, paitsi että nämä erillisvaraukset eivät ole teknisesti "vapaita" elektroneja.

Tämä Fermi-nesteeksi kutsuttu kollektiivinen liike on ollut metallien standarditeoria kuuden vuosikymmenen ajan. Yllättäen monet "oudot metallit", eivät noudata tätä paradigmaa.  Niissä sähköä ei kuljeteta erillisillä varauksilla vaan jollain muulla! Käyttämällä laukauskohinaksi nimettyä mittaustekniikkaa, tutkijat havaitsivat elektronien radikaalin kvanttihämärtymisen ominaisuudettomaksi nesteeksi.

Fermi-nesteen selitys sähköisestä kuljetuksesta on yksi kiinteiden aineiden tutkimuksen perustavanlaatuisista onnistumisista. Tämä uusi tutkimus haastaa nykyisen ymmärryksemme ja voi johtaa uuteen teoriaan sähkön liikkumisesta.

Seuraukset voivat olla kauaskantoisia. Esimerkiksi Fermi-nesteen käyttäytymisestä poikkeamisen ymmärtäminen saattaa paljastaa korkean lämpötilan suprajohteiden piilotetut toiminnot, jotka normaalissa, ei-suprajohtavassa tilassaan käyttäytyvät kuin oudot metallit.

Mittaustapana laukauskohina lukee satunnaisia ​​vaihteluita tasavirrassa. Nämä satunnaiset vaihtelut johtuvat siitä, että virta on erillisten varausten virtaa ja kunkin varauksen saapuminen vaihtelee tilastollisesti. Se on kuin pienessä sateessa yksittäisten vesipisaroiden pauke peltikattoon erottuu mutta kaatosateessa niitä ei voi enää erottaa. Ensimmäisessä tapauksessa laukauskohina on korkea mutta jälkimmäisessä nolla. Näin näyttää tapahtuvan oudoissa metalleissa!

Laukauskohinan mittaaminen ilman ulkoisia vaikutteita ei ole helppoa. Metallissa atomihilan värähtely voi peittää laukauskohinan. Tutkijat joutuivat valmistamaan niin pieniä nanomittakaavan johtimia, että elektronit kulkevat niiden läpi nopeammin kuin mitä tarvitaan hilavärähtelyjen tunnistukseen.

Kokeet antoivat vahvan todisteen siitä, että oudossa metallissa YbRh2Si2:ssa ei ole kvasihiukkasia, eikä virta kulje erillisillä paloina. On kuin elektronit menettäisivät identiteettinsä ja sulautuisivat kvanttikeittoon.

Väite kvasihiukkasten puuttumisesta on erittäin vahva, eivätkä kaikki fyysikot ole valmiita hyväksymään sitä. Nämä tulokset saavat aikaan korkean profiilin tutkimuksia ja edistävät uusien teorioiden kehittämistä oudoista metalleista.

Aiheesta aiemmin:

Outo metalli on nyt vähemmän outo

Outo magneettinen materiaali voi tehdä laskennasta energiatehokasta