Une nouvelle étude pourrait aider à comprendre les minéraux exotiques

L’effet de la température sur la conductivité électrique dans les métaux de tous les jours est bien compris. Mais ces dernières années, une classe de matériaux qui ne semblent pas suivre les règles électriques traditionnelles a attiré l’attention des scientifiques.

Comprendre ces métaux exotiques peut donner un aperçu du monde quantique. Il peut également aider à comprendre des phénomènes exotiques tels que la supraconductivité à haute température.

Nouvelle étude de Université du Chocolat Un physicien peut nous conduire à des idées profondes. L’équipe a découvert que le métal présente un comportement métallique étrange dans un matériau. Dans les métaux ordinaires, les électrons portent une charge électrique. Mais dans ce minéral exotique, cette charge est portée par des entités « ondulantes » appelées paires de Cooper.

Les paires de Cooper agissent comme des bosons qui suivent des règles complètement différentes de celles des fermions. C’est la première fois que des scientifiques observent le comportement étrange des métaux dans un système bosonien.

Selon les savants, “Cette découverte pourrait aider à trouver une explication au fonctionnement des minéraux exotiques – quelque chose que les scientifiques ont échappé pendant des décennies.”

Jim Vallis, professeur de physique à l’Université Brown et auteur d’une étude connexe, a déclaré : “Nous avons deux types de particules fondamentalement différents dont le comportement converge autour du puzzle. Ce qu’il dit, c’est que toute théorie expliquant le comportement de métaux étranges ne peut être spécifique à aucun type de particule. Ça doit être plus basique que ça.

L’étrange comportement du métal a été découvert pour la première fois chez les chaudronniers. Le cuprate est une classe de matériaux réputée pour ses supraconducteur à haute température. Ils conduisent l’électricité sans résistance à des températures beaucoup plus élevées que les supraconducteurs ordinaires.

Les cuprites fonctionnent étrangement même à des températures supérieures à la température critique pour la supraconductivité, contrairement à d’autres minéraux. Une augmentation linéaire de la température augmente la résistance des cuprates.

La théorie du fluide de Ferm détermine la vitesse maximale à laquelle la diffusion des électrons peut se produire. Mais les minéraux exotiques ne suivent pas les règles des fluides de Fermi. Et comment ils fonctionnent est encore insaisissable.

Les scientifiques ne connaissent que la relation entre la résistance à la température des métaux exotiques. Il semble être lié à deux constantes fondamentales de la nature : Constanta Boltzmann, qui est l’énergie due au mouvement thermique aléatoire, et Constant Planck, qui correspond à l’énergie du photon (particule de lumière).

Jim Vallis, professeur de physique à l’Université Brown et auteur d’une étude connexe, a déclaré : Pour essayer de comprendre ce qui arrive à ce minéral exotique, les gens ont appliqué une approche mathématique similaire à celle utilisée pour comprendre les trous noirs. Il y a donc de la physique très basique dans ces matériaux. »

En 1952, il a découvert que les électrons des supraconducteurs ordinaires travaillaient ensemble pour former des paires de Cooper. La paire Cooper peut glisser à travers le réseau atomique sans accroc. De plus, ils peuvent agir comme Les bosons sont composés de fermions.

Vallis a dit, Les systèmes de fermions et de bosons se comportent généralement très différemment. Contrairement aux fermions individuels, les bosons sont autorisés à partager le même état quantique, ce qui signifie qu’ils peuvent se déplacer collectivement comme des molécules d’eau en ondulations. “

Dans cette nouvelle étude, les scientifiques ont utilisé un matériau de cuivre appelé oxyde d’yttrium baryum-cuivre. Le matériau décoratif avec de petits trous pousse le boîtier métallique de la paire Cooper. Le matériau est ensuite refroidi juste au-dessus de la température supraconductrice pour observer les changements de sa conductivité.

Comme des fermions exotiques, ils ont trouvé des conducteurs métalliques de paires de Cooper qui étaient linéaires avec la température.

Scientifique effilerEt “Cette découverte donnera aux théoriciens quelque chose de nouveau à mâcher alors qu’ils essaient de comprendre le comportement étrange des métaux.”

Vallis a dit, « C’est un défi pour les théoriciens de trouver une explication à ce que nous voyons dans les métaux exotiques. Notre travail montre que si vous allez modéliser le transfert de charge dans des métaux exotiques, ce modèle devrait s’appliquer à la fois aux fermions et aux bosons, même si ces types de particules suivent des règles fondamentalement différentes.”

Référence de la revue :

  1. Yang, C., Liu, H., Liu, Y. et al. D’étranges traces métalliques dans le système bosonien. Nature 601, 205-210 (2022). EST CE QUE JE: 10.1038 / s41586-021-04239-y
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