유비쿼터스 양자 현상은 대량의 초전도 물질에서 발견되었으며, 알려지지 않은 조직 원리가 입자의 집단적 행동을 지배하고 그들이 에너지와 정보를 전파하는 방법을 결정한다는 물리학 자들 사이에서 점점 더 많은 믿음을 불러 일으킨다. 이 조직의 원리를 이해하는 것은“가장 깊은 수준의 양자 이상감”의 핵심이 될 수 있다고 하버드 대학교의 이론가 인 Subir Sachdev는 새로운 실험에 관여하지 않았다고 말했다.
오늘보고 된 결과는 자연 물리학 에보고되었습니다 캐나다의 Sherbrooke University와 France의 LNCMI (National Laboratory for France)에서 일하는 팀에 의해“Cuprates”라고 불리는 다양한 세라믹 결정 내부의 전자가 가능한 한 빨리 에너지를 소멸시키는 것으로 보이며, 기본 양자 속도 제한에 부딪칩니다. 과거 연구, 특히 Science 의 2013 년 논문 , 다른 이국적인 초전도 화합물 - 스트론튬 루테 네이트, 프리 니타이드, 테트라 메틸 테트라 티아 풀 베일 등도 최대 허용 속도로 보이는 에너지를 태우는 것으로 나타났습니다.
놀랍게도,이 속도 제한은 Planck의 상수의 수치 값, 본질적으로 취할 수있는 가장 작은 행동을 나타내는 양자 역학의 기본 값과 관련이 있습니다.
.Sherbrooke의 응축 물리학자인 Louis Taillefer는“매우 깊고 근본적인 것을 감동하고 있다는 것을 알게되자.
이 에너지 연소 거동은 Cuprates 및 기타 이국적인 화합물이 "이상한 금속"단계에있을 때 발생하며, 이는 기존 금속보다 전기의 흐름에 저항합니다. 그러나 임계 온도로 식을 때 이러한 이상한 금속은 완벽하고 무한한 전기 도체로 변형됩니다. 물리학 자들은이 강력한 형태의 초전도성을 이해하고 통제하기 위해 32 년 동안 어려움을 겪고 있으며, 이전의 이상한 금속 단계에서 전자의 행동은 점점 더 이야기의 핵심 부분으로 간주되고 있습니다.
.응축 물질 물리학 분야의 리더 인 Sachdev는“정말 큰 미스터리입니다.
전기의 운반체 인 전자가 이상한 금속에서 수행하는 전자는 정확히 알려지지 않았습니다. 그러나 전문가들은 각자의 특성이 서로의 특성에 따라 다르기 때문에 그들이 자신들을“최대 스크램블링”양자 상태로 조직하고 있다고 가정합니다. 이 최대 스크램블링 상태는 전자가 양자 역학의 법칙에 따라 전자가 서로 흩어져 에너지를 빨리 퍼뜨릴 수 있습니다.
Sachdev는이 스크램블 된 상태는 극도의 양자 이상이라고 말했다. 1930 년대에 Albert Einstein은 입자가 멀리 떨어진 후에도 상호 의존적으로 유지되는 특성과 함께 두 입자가 얽히고 있다는 생각에 강했다. Sachdev는“여기서 우리는 수백만의 전자가 전체 물질로 이어지는 얽힘을 가지고 있습니다.
조직 원리는 방법 일 수 있습니다.
Stanford University의 이론적 물리학자인 Sean Hartnoll은“실험은 양자 역학 및 통계 역학에 대한 깊은 아이디어를 포함하는 재료 전반에 걸친 보편성을 지적합니다. 깊은 아이디어가 블랙홀, 중력 및 양자 정보 이론에 대한 놀라운 연결을 시작했다고 지적하려는 노력.
이상한 금속
1986 년 IBM Research의 Georg Bednorz와 Alex Müller가 첫 번째 Cuprate를 합성하고“고온 초전도성”으로 알려진 것을 발견했을 때, 그들은 그들의 혁명적 인 New Crystal에 대해 이상한 것을 발견했습니다. 듀오가 란타민, 바륨, 구리 및 산소 원자로 만들어진이 온도를 향해 듀오를 식히면서 결정의 전기 저항이 떨어지는 온도에 따라 선형 적으로 감소 함을 관찰하여 줄거리가 줄어들 때 하향 트렌드 직선을 형성하는 것을 관찰했습니다. 기존의 재료의 경우이 관계는 더 복잡한 곡선을 형성합니다.
당시이 관찰은보다 극적인 결과에 의해 어두워졌습니다. Bednorz와 Müller가 이전에 가능한 고온에서 초전도에서 초전도성을 발견 한 것은 이전에 가능하다고 생각했던 것보다 물리학 노벨상을 수상하고 비슷한 재료에 대한 열렬한 검색을 시작했습니다. 뉴저지의 벨 랩스 (Bell Labs)에 있었던 물리학 자 조셉 오렌 슈타인 (Joseph Orenstein)은“꽤 미친 시간이었습니다. “장소는 미쳤다.”
다른 실험실에서는 곧 더 높은 온도에서 초전제 된 Cuprates 및 기타 화합물을 발견했습니다. 그 이후로, 물리학 자들은 초전도 전기를 실온까지 찾거나 합성하는 꿈을 꾸었습니다. 이러한 재료는 인간의 전기 인프라를 훨씬 더 효율적으로 만들 수 있으며 차량을 자기 적으로 침전시켜 우리가 사는 방식에 혁명을 일으킬 수 있습니다.
.그러나 고온 초전도체를 만들기 위해 물리학 자들은 전자에 결합하는 접착제를 강화하여 전자가 전하를 쉽게 전달할 수 있도록해야했습니다. 문제는 연구원들이 먼저 그 접착제가 무엇인지 알아 내야했다는 것입니다. 이론은 확산되었지만, Cuprates와 기타 고온 초전도체의 놀라운 복잡성은 모든 시도를 혼란스럽게했다.
시간이 지남에 따라 퍼지 그림의 한 부분이 초점을 맞추 었습니다. Bednorz와 Müller가 첫 번째 Cuprate에서 관찰 한 신비한 선형 저항력은 초전도가 시작되기 전에 다른 Cuprates와 재료에 계속 나타났습니다. 이 행동은 어떤 식 으로든 초전도성의 기초가되는 이상한 금속 단계와 관련이 있습니다. 위상은 임계 온도에서 초전도성으로 전이 될뿐만 아니라 자기장이 초전도 상태를 파괴하는 데 사용되는 경우 더 낮은 온도에서 지속됩니다. 초전도 및 이상한 금속 단계는 경쟁하는 것으로 보이며 임계 온도는 그들 사이의 팁 포인트 역할을합니다. 임계 온도에 전화를 걸려면 물리학자는 두 단계를 모두 이해해야합니다. Hartnoll은“우리는 초전도성이 나타나는 이상한 금속 단계를 이해할 때까지 Cuprates의 초전도 온도가 왜 높은지 이해하지 못할 것입니다.
Taillefer는 직선은“아름답고 단순하고 강력한 법칙”의 존재를 나타 냈습니다. "간단하고 깊은 이론적 설명이 있어야합니다."
1990 년부터 연구원들은 선형 저항에 대한 양자 특성의 증거를 찾기 시작했습니다. 그해 Orenstein과 Bell Labs의 그의 동료들은 Yttrium Barium Copper 산화 구리라는 곡물을 연구했으며 Bednorz와 Müller의 샘플과 마찬가지로 전기 저항이 임계 온도를 향해 냉각 될 때 선형 적으로 떨어 졌다는 것을 발견했습니다. 교대 전류를 사용함으로써, 그들은 재료의 전자가 서로 흩어져있는 속도를 측정 할 수 있었으며, 이는 저항의 원천입니다. 그들은 온도의 함수로서 전자 산란 속도를 나타내는 새로운 직선이 기본 상수에 가까운 경사를 가졌다는 것을 발견했다. (“H-Bar”로 발음)는 감소 된 Planck 's Constant . 이라고합니다 양자 역학에서 무엇보다도 가장 작은 행동을 나타냅니다.
버클리 캘리포니아 대학교 (University of California)의 교수이자 로렌스 버클리 국립 실험실 (Lawrence Berkeley National Laboratory)의 선임 과학자 인 오렌 슈타인 (Orenstein)은“그 당시 나는 그것이 흥미 롭다고 생각했다.
2013 과학 종이와 오늘의 자연 물리학 결과는 전자 산란 속도와 이상한 금속의 온도와 관련된 선의 기울기가 항상 동일하다는 것을 보여줍니다. .
양자 속도 한계
2004 년 네덜란드 이론가 Jan Zaanen 은이 호기심 많은 현상에 이름을 부여했습니다. 그는 자연에서 논쟁했다 이 재료의 전자와 다른 이국적인 물질 상태에서 때때로 "양자 수프"라고 불리는 뉴스 및보기 기사는 모두 에너지를 얼마나 빨리 소비 할 수 있는지에 대한 기본 양자 속도 제한에 도달합니다.
“고속도로에 있고 모든 자동차가 같은 속도로 가고 있다면 엔진이 동일하기 때문이 아닙니다. 속도 제한이 있기 때문입니다.”라고 Hartnoll은 말했습니다.
이상한 금속의 전자가 추정 속도 한계에 올랐는 이유를 이해하기 위해 이론가들은 그것이 어디에서 왔는지 알아 내기를 원합니다. 최고의 논쟁은 1927 년 Werner Heisenberg가 도입 한 유명한 공식 인 불확실성 원칙에 대한 속도 제한을 추적하여 세계 자체가 가지고있는 확실한 양에 대해 당신이 가질 수있는 확실성의 양을 상한을 둔다. 이 상한은 에 의해 결정됩니다 .
1900 년 맥스 플랑크 (Max Planck)에 의해 고안되고 근사화 된 후 폴 디락 (Paul Dirac)에 의해 감소 된 형태를 썼다. 양자 이론에 전부가 나타납니다. 현재 높은 정밀도로 알려진 매우 작은 가치는 양자 작용 단위를 나타내지 만 Heisenberg가 보여준 것처럼 불확실성의 양자 단위 :자연의 피할 수없는 기본 수준의 퍼지. 퍼지는 한 번에 두 가지를 측정 할 때 입자의 위치와 운동량, 예를 들어, 얼마나 많은 에너지를 가지고 있는지, 얼마나 오래 지속될 때 나타납니다. 다시 말해, 위치와 운동량은 둘 다 보다 더 정확도로 정의 될 수 없습니다.; 에너지와 시간도 할 수 없습니다. 하나를 잘 알수록 다른 사람은 덜 확실합니다.
가설은 이상한 금속의 전자가“불확실성 원리와 일치 할 수있는 한 빨리 소산 될 수있다”고 설명했다. 전자는 이상한 금속의 온도에 비례하는 에너지의 양을 가지고 있으며 소산은 일정 시간이 걸리는 과정입니다. Hartnoll은 시간과 에너지 모두 불확실성 원칙으로 인해 임의의 정밀성으로 정의 될 수 없다고 말했다. 따라서 플랑키의 소산은“소산 시간이 가능한 한 빨리있을 때”가 발생할 수 있다고 말했다.
그는 거친 스케치 일 뿐이라고 인정합니다. 그와 다른 이론가들은 양자가 더 엄격하게 바운드를 입증하고 싶어하며, 이는 Cuprates와 같은 재료의 전자 무리가 자연스럽게 도달하는 이유를 분명히하는 데 도움이 될 수 있습니다.
지난 몇 년 동안, Hartnoll, Sachdev 및 기타 이론가들은 이상한 금속의 것과 같은 스크램블 된 양자 입자의 시스템을 수학적으로 연결하는 놀라운“홀로그램 이중성”을 사용하여 문제를 공격하고 있습니다. (블랙홀은 홀로그램처럼 입자 시스템에서 튀어 나옵니다.) 놀랍게도 물리학 자들은 검은 전기 (중력조차도 탈출 할 수 없을 정도로 중력이 너무 강해지는 엄청나게 조밀하고 구형적인 물체)를 발견하여 플랑키아 소산과 동등한 일을하여 정보를 빠르게 긁을 수있는 방법에 도달합니다. 다시 말해, 블랙홀과 이상한 금속은 일반적인 방식으로 극단으로갑니다. 홀로그램 이중성을 통해 연구원들은 블랙홀의 특성을 스크램블 된 입자 시스템의 이중 특성으로 번역 할 수 있습니다. 그들은 이것이 이상한 금속에서 전자가 무엇을하고 있는지, 경쟁하는 초전도 단계에서 일어나는 일, 잠재적으로 둘 사이의 균형을 기울여 초전도성을 더 높은 온도로 확장하는 방법을 밝힐 수 있기를 바랍니다.
.홀로그램 이중성 및 기타 방법을 사용하여 스크램블 전자의 행동을 연구 할 때 연구원들은 진보와 부분적 통찰력을 얻고 있습니다. 어떤 사람들은이 분야가 개념적 돌파구의 수면에 있다고 생각합니다. Hartnoll은 Planckian 소산 현상에 대해 다음과 같이 말했습니다.
이 기사는 Investigacionyciencia.es 에서 스페인어로 재 인쇄되었습니다 .
