果然，在莱斯大学最近的量子噪声实验中，一种“奇怪的金属”量子材料被证明异常安静。本周在《科学》杂志上发表的对被称为“散粒噪声”的量子电荷波动的测量提供了第一个直接证据，表明电流似乎以一种不寻常的液体形式流过奇怪的金属，而这种形式无法用称为“散粒噪声”的量子电荷包来解释。准粒子。

该研究的通讯作者、莱斯大学的道格·内特尔森(DougNatelson)表示：“与普通电线相比，噪音得到了极大的抑制。”“也许这证明准粒子不是明确定义的东西，或者它们只是不存在并且电荷以更复杂的方式移动。我们必须找到正确的词汇来讨论电荷如何集体移动。”

实验是在一种经过充分研究的量子临界材料的纳米级线上进行的，该材料具有精确的1-2-2比例的镱、铑和硅(YbRh2Si2)。该材料含有高度的量子纠缠，可产生与温度相关的行为。

例如，如果冷却到临界温度以下，材料会立即从非磁性转变为磁性。在略高于临界阈值的温度下，YbRh2Si2是一种“重费米子”金属，其携带电荷的准粒子的质量比裸电子大数百倍。

在金属中，每个准粒子或离散的电荷单位都是无数电子之间不可计算的微小相互作用的产物。准粒子于67年前首次提出，是物理学家用来将这些相互作用的综合效应表示为单个量子物体的概念，用于量子力学计算。

一些先前的理论研究表明，奇怪的金属电荷载流子可能不是准粒子，散粒噪声实验允许内特尔森、研究主要作者、内特尔森实验室的前学生陈立阳以及来自莱斯大学和技术大学的十几位合著者维也纳大学(TU-Wien)收集了第一个直接的经验证据来检验这个想法。

“散粒噪声测量基本上是一种了解电荷穿过某物时颗粒程度的方法，”物理学和天文学、电气和计算机工程以及材料科学和纳米工程教授内特尔森说。

“这个想法是，如果我驱动电流，它由一堆离散的电荷载流子组成。它们以平均速率到达，但有时它们在时间上碰巧靠得更近，有时它们相距较远。”

将该技术应用于由镱、铑和硅按1-2-2比例制成的晶体中，提出了重大的技术挑战。例如，在TU-Wien联合作者SilkePaschen的实验室中生长的晶体薄膜必须近乎完美。Chen必须找到一种方法来保持这种完美水平，同时用比人类头发丝细约5,000倍的晶体制作导线。

莱斯大学的合著者、这项研究的首席理论家、HarryC.Wiess和OlgaK.Wiess物理与天文学教授QimiaoSi表示，他、Natelson和Paschen第一次讨论了实验的想法，当时Paschen是莱斯大学的访问学者2016年。Si表示，这些结果与他在2001年发表的量子临界理论一致，并在与Paschen的近两年合作中继续探索。

“低散粒噪声带来了关于电荷载流子如何与奇怪金属性背后的量子临界性的其他因素交织在一起的新见解，”Si说，他的团队进行的计算排除了准粒子图像。“在这个量子临界理论中，电子被推到局域化的边缘，准粒子在费米表面上到处消失。”

内特尔森说，更大的问题是，在其他几十种表现出奇怪金属行为的化合物中，是否会出现类似的行为。

“有时你会觉得大自然正在告诉你一些事情，”内特尔森说。“这种‘奇怪的金属丰度’出现在许多不同的物理系统中，尽管微观的、基础的物理学是非常不同的。例如，在铜氧化物超导体中，微观物理学与重费米子系统中的微观物理学非常非常不同我们正在研究。它们似乎都具有这种奇怪金属特有的线性温度电阻率，你必须想知道是否存在某种通用的东西，与它们内部的微观构件无关。”

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