Studi baru dapat membantu memahami mineral eksotis

Efek suhu pada konduktivitas listrik dalam logam sehari-hari dipahami dengan baik. Namun dalam beberapa tahun terakhir, kelas bahan yang tampaknya tidak mengikuti aturan kelistrikan tradisional telah menarik perhatian para ilmuwan.

Memahami logam eksotis semacam itu dapat memberikan wawasan tentang dunia kuantum. Ini juga dapat membantu memahami fenomena eksotis seperti superkonduktivitas suhu tinggi.

Studi baru oleh Universitas Coklat Seorang fisikawan dapat membawa kita pada wawasan yang mendalam. Tim menemukan bahwa logam tersebut menunjukkan perilaku logam yang aneh dalam suatu material. Dalam logam biasa, elektron membawa muatan listrik. Namun dalam mineral eksotis ini, muatan ini dibawa oleh entitas “seperti gelombang” yang disebut pasangan Cooper.

Pasangan Cooper bertindak sebagai boson yang mengikuti aturan yang sama sekali berbeda dari fermion. Ini adalah pertama kalinya para ilmuwan mengamati perilaku aneh logam dalam sistem bosonian.

Menurut para ulama, “Penemuan ini dapat membantu menemukan penjelasan tentang bagaimana mineral eksotis bekerja – sesuatu yang telah luput dari para ilmuwan selama beberapa dekade.”

Jim Vallis, profesor fisika di Brown University dan penulis studi terkait, mengatakan, “Kami memiliki dua jenis partikel yang berbeda secara fundamental yang perilakunya berkumpul di sekitar teka-teki. Apa yang dikatakannya adalah bahwa teori apa pun yang menjelaskan perilaku logam aneh tidak dapat spesifik untuk jenis partikel apa pun. Itu harus lebih mendasar dari itu.”

Perilaku logam aneh pertama kali ditemukan di tukang tembaga. Cuprate adalah kelas bahan yang terkenal karena superkonduktor suhu tinggi. Mereka menghantarkan listrik tanpa hambatan pada suhu yang jauh lebih tinggi daripada superkonduktor biasa.

Cuprites bekerja aneh bahkan pada suhu di atas suhu kritis untuk superkonduktivitas, tidak seperti mineral lainnya. Peningkatan linear suhu meningkatkan ketahanan cuprates.

Teori fluida Fermian menentukan tingkat maksimum di mana hamburan elektron dapat terjadi. Tapi mineral eksotis tidak mengikuti aturan cairan Fermi. Dan bagaimana mereka bekerja masih sulit dipahami.

Para ilmuwan hanya tahu tentang hubungan ketahanan suhu pada logam eksotis. Tampaknya terkait dengan dua konstanta dasar alam: konstanta Boltzmann, yang merupakan energi karena gerakan termal acak, dan Konstanta Planck, yang berhubungan dengan energi foton (partikel cahaya).

Jim Vallis, profesor fisika di Brown University dan penulis studi terkait, mengatakan, Untuk mencoba memahami apa yang terjadi pada mineral eksotis ini, orang telah menerapkan pendekatan matematis yang serupa dengan yang digunakan untuk memahami lubang hitam. Jadi ada beberapa fisika yang sangat mendasar yang terjadi dalam bahan-bahan ini.”

Pada tahun 1952, ia menemukan bahwa elektron dalam superkonduktor biasa bekerja sama untuk membentuk pasangan Cooper. Pasangan Cooper ini dapat meluncur melalui kisi atom tanpa hambatan. Selain itu, mereka dapat bertindak sebagai Boson terdiri dari fermion.

Vallis berkata, Sistem fermion dan boson biasanya berperilaku sangat berbeda. Tidak seperti fermion individu, boson diizinkan untuk berbagi keadaan kuantum yang sama, yang berarti mereka dapat bergerak secara kolektif seperti molekul air dalam riak gelombang. “

Dalam studi baru ini, para ilmuwan menggunakan bahan tembaga yang disebut yttrium barium-tembaga oksida. Bahan dekoratif dengan lubang kecil mendorong casing logam pasangan Cooper. Bahan kemudian didinginkan sampai tepat di atas suhu superkonduktor untuk mengamati perubahan konduktivitasnya.

Seperti logam fermion eksotis, mereka menemukan konduktor logam dari pasangan Cooper yang linier dengan suhu.

Ilmuwan lancipDan “Penemuan ini akan memberi para ahli teori sesuatu yang baru untuk dikunyah saat mereka mencoba memahami perilaku aneh logam.”

Vallis berkata, “Adalah tantangan bagi para ahli teori untuk memberikan penjelasan atas apa yang kita lihat pada logam eksotis. Pekerjaan kami menunjukkan bahwa jika Anda akan memodelkan transfer muatan dalam logam eksotis, model itu harus berlaku untuk fermion dan boson — bahkan meskipun jenis partikel ini mengikuti aturan yang berbeda secara fundamental.”

Referensi jurnal:

1. Yang, C., Liu, H., Liu, Y. et al. Jejak logam aneh dalam sistem bosonian. Alam 601, 205-210 (2022). DOI: 10.1038 / s41586-021-04239-y