Märkliga metaller utmanar den 60 år gamla teorin att elektrisk ström består av en flöde av diskreta laddningar.
Elektricitet uppkommer oftast genom rörelse av elektroner genom en metall. Varje elektron bär en diskret, kvantiserad laddning. Men denna enkla bild blir mer komplex eftersom elektroner naturligt stöter bort varandra. När en enskild elektron rör sig kan den störa den omgivande molnet av närliggande elektroner.
När dessa störningar är relativt små, rör sig elektroner inte längre individuellt utan beter sig istället kollektivt och bildar grupper som kallas för elektron-quasipartiklar. Trots denna gruppering bärs elektrisk ström fortfarande av diskreta laddningar. Men dessa laddningar är inte längre isolerade ”fria” elektroner utan är manifestationer av kollektiv elektronrörelse. Detta beteende beskrivs av Fermilikvid-teorin, som har fungerat som det vanliga ramverket för att förstå metaller i mer än sextio år.
Överraskande nog följer många nyupptäckta material, så kallade ”konstiga metaller”, inte denna traditionella modell. I dessa material bärs elektrisk ledning inte av diskreta elektronlika laddningar. Med hjälp av en teknik som kallas för skottbrus-mätning har forskare observerat att elektroner i konstiga metaller suddas ut till en kontinuerlig, särdragslös kvantvätska.
FAKTA
Fermilikvid-teori: En teori som beskriver beteendet hos elektroner i metaller. Den förutsäger att elektroner bildar grupper som kallas för elektron-quasipartiklar.
Skottbrus: Ett mått på de slumpmässiga fluktuationerna i en direkt elektrisk ström. Det orsakas av att strömmen är ett flöde av diskreta laddningar och varje laddnings ankomst varierar statistiskt.
Kvantvätska: Ett tillstånd där elektroner beter sig som en kontinuerlig, särdragslös vätska istället för som diskreta partiklar.
Referenser
“Shot noise in a strange metal” by Liyang Chen, Dale T. Lowder, Emine Bakali, Aaron Maxwell Andrews, Werner Schrenk, Monika Waas, Robert Svagera, Gaku Eguchi, Lukas Prochaska, Yiming Wang, Chandan Setty, Shouvik Sur, Qimiao Si, Silke Paschen and Douglas Natelson, 23 November 2023, Science. DOI: 10.1126/science.abq6100
