기만적으로 칙칙한 검은 색 결정에서 물리학 자들은 당황스러운 행동에 걸려 넘어졌으며, 이는 전자가 자유롭게 흐르는 금속의 특성과 전자가 효과적으로 제자리에 고착 된 절연체의 특성 사이의 경계를 흐리게하는 것처럼 보입니다. 크리스탈은 동시에 둘 다의 특징을 나타냅니다.
캠브리지 대학교 (University of Cambridge)의 응축 물리학자인 Suchitra Sebastian은“이것은 큰 충격입니다. . 그녀는 절연체와 금속이 본질적으로 반대라고 말했다. “하지만 어쨌든 그것은 둘 다 자료입니다. 우리가 아는 모든 것과 상반됩니다.”
재료, Samarium hexaboride 또는 smb 6 라는 많은 훈련 화합물. , 매우 낮은 온도의 절연체이므로 전기의 흐름에 저항합니다. 그것의 저항은 전자 (전류의 빌딩 블록)가 어떤 방향 으로든 원자 너비보다 결정을 통해 움직일 수 없음을 의미합니다. 그러나 Sebastian과 그녀의 공동 작업자들은 전기를 전기하는 재료에서만 기대되는 이동성 인 자기장에 반응하여 결정 내부의 수백만 개의 원자가 직경의 수백만 개의 원자를 가로 지르는 전자를 관찰했습니다. 양자 역학의 유명한 파동 입자 이중성을 염두에두고 새로운 증거는 SMB
네덜란드 라이덴 대학교 (Leiden University)의 압축 된 물질 이론가 인 얀자 넨 (Jan Zaanen)은“이것은 단지 웅장한 역설 일뿐”이라고 말했다. “확립 된 지혜에 근거하여 이것은 일어날 수 없으므로 완전히 새로운 물리학이 작동해야합니다.”
이“새로운 물리학”이 무엇인지 말하기에는 너무 이르지만 메릴랜드 대학교의 빅터 갈리 트 스키 (Victor Galitski)와 같은 물리학 자들은 대학 공원의 노력을 기울여야 할 가치가 있다고 말합니다. "종종 큰 발견은 초전도와 같이 실제로 당황스러운 것들입니다." 1911 년에 발견 된 그 현상은 , 를 이해하는 데 거의 반세기가 걸렸습니다. 그리고 이제는 스위스의 대형 Hadron Collider의 17 마일 터널을 통해 입자를 가속하는 것과 같은 세계에서 가장 강력한 자석을 생성합니다.
이론가들은 이미 smb
smb 6 소비에트 과학자들이 1960 년대 초반에 그 특성을 처음 연구 한 이후 분류에 저항하고 벨 실험실에서 더 잘 알려진 실험이 이어졌다.
사마륨과 붕소 핵을 둘러싸고있는 궤도 껍질의 전자를 계산하면 사마륨 핵에 따라 대략 절반의 전자가 남겨 두어야 함을 나타냅니다 (핵은“혼합 원자가”또는 교대 수의 궤도 전자)를 갖기 때문에 분수. 이 "전도 전자"는 파이프를 통해 흐르는 물과 같은 재료를 통해 흐르므로 smb 6 금속이어야합니다. SMB 6 를 공부 한 앤아버의 미시간 대학교의 실험적인 물리학자인 짐 앨런 (Jim Allen)은“이것은 1975 년경 에이 문제를 제가이 문제를 해결하기 시작했을 때 사람들이 돌아온 아이디어”라고 말했다. 그 이후로 켜고 꺼짐.
그러나 사마륨 헥사 보리드는 실온에서 전기를 전도하지만 식히면서 상황이 이상해집니다. 결정은 물리학 자들이“강하게 상관 된”재료라고 부르는 것입니다. 전자는 서로의 효과를 진지하게 느끼고, 이들이 출현하고 집단적인 행동으로 함께 고정시킵니다. 특정 초전도체의 강한 상관 관계는 저온에서 전기 저항이 0으로 떨어지게합니다. , 전자는 냉각 될 때 잇몸 위로 올라가는 것처럼 보이고 재료는 절연체로 작동합니다.
그 효과는 평균적으로 5.5 전자에서 비롯된 각 사마륨 핵을 제외하고 불편하게 단단한 껍질을 차지합니다. 이 밀접한 니트 전자는 서로 상호 방출되며,“전자를 본질적으로 말해주지 말고‘움직이지 말아라.’앨런은 설명했다. 이들 각 껍질에 갇힌 마지막 절반 전자는 다른 껍질과 복잡한 관계를 가지고 있으며, 절반은 절반을 수행합니다. 섭씨 223도 마이너스, SMB 6 의 전도 전자 이 갇힌 전자와 "하이브리드 화"되어 사마륨 핵 주위에 새로운 하이브리드 궤도를 형성하는 것으로 생각됩니다. 전문가들은 처음 에이 하이브리드 궤도의 전자가 움직일 수 없기 때문에 결정이 절연체로 바뀌 었다고 믿었습니다.
“저항력은 절연체임을 보여줍니다. Photo Emission은 좋은 절연체임을 보여줍니다. 광학 흡수는 좋은 절연체임을 보여줍니다. 중성자 산란은 단열기라는 것을 보여줍니다.”미시간 대학교 (University of Michigan)의 응축 물리학자인 루 리 (Lu Li)는 실험 그룹이 SMB
그러나 이것은 정원의 다양한 절연체가 아닙니다. 절연 거동은 전자 간의 강한 상관 관계에서 발생할뿐만 아니라 지난 5 년 동안 증거가 3 차원 벌크를 통해 전기의 흐름을 방지하는 동시에 2 차원 표면을 따라 전기를 전달하는 재료 인 저온에서 "토폴로지 절연체"라고 제안했습니다. 토폴로지 절연체는 양자 컴퓨터 및 기타 신규 장치에서 잠재적으로 사용하기 때문에 2007 년 발견 이후 응축 물질 물리학에서 가장 인기있는 주제 중 하나가되었습니다. 그럼에도 불구하고, smb 6 해당 범주도 깔끔하게 맞지 않습니다.
작년 초, smb 6 이라는 증거를 추가하기를 바라고 있습니다. 토폴로지 절연체로, Sebastian과 그녀의 학생 Beng Tan은 뉴 멕시코의 Los Alamos National Laboratory에있는 National High Magnetic Field Laboratory 또는 Maglab을 방문하여 결정 샘플의 전기 저항성에서 "Quantum Oscillations"라는 Wavelike 기복을 측정하려고 시도했습니다. 양자 진동 속도와 샘플이 회전함에 따라 어떻게 변화하는지는 결정의 "페르미 표면"을 매핑하는 데 사용될 수 있으며, 이는 "재료를 통해 전자가 흐르는 방식의 형상입니다"라고 Sebastian은 설명했습니다.
그러나 Sebastian과 Tan은 뉴 멕시코에서는 양자 진동을 보지 못했습니다. 탄의 박사 과정 프로젝트를 구제하기 위해 스크램블링 한 그들은 대신 덜 흥미로운 속성을 측정했으며,이 결과를 확인하기 위해 다른 Maglab 위치에서 예약 된 시간, 플로리다 주 탤러 해시에 있습니다.
플로리다에서 Sebastian과 Tan은 측정 프로브가 다이빙 보드 스타일의 캔틸레버가있는 여분의 슬롯을 가지고 있음을 알았으며, 이는 결정의 자화에서 양자 진동을 측정하는 데 사용될 수 있습니다. . 전기 저항에서 양자 진동을 보지 못한 후, 그들은 다른 재료 속성에서 그것들을 찾을 계획이 없었지만 왜 그렇지 않습니까? 세바스찬은“좋아요, 샘플을 고수합시다. 그들은 샘플을 식히고 자기장을 켜고 측정을 시작했습니다. 갑자기 그들은 다이빙 보드에서 나오는 신호가 진동하고 있음을 깨달았습니다.
"우리는 뭐야 - 뭐야?" 그녀는 말했다.
MAGLAB의 실험 및 후속 실험에서, 그들은 결정 샘플의 내부에서 깊은 양자 진동을 측정했습니다. 데이터는 전도 전자가 금속에서 수행하는 것처럼 자기장의 존재하에 재료 전체에 순환하는 전자를 나타내는 거대한 3 차원 페르미 표면으로 번역되었다. Fermi 표면으로 판단되는 SMB 6 의 내부에있는 전자 전기 저항보다 1 백만 배 더 멀리 여행 할 수 있습니다.
“페르미 표면은 구리와 비슷합니다. 은색과 같다. 이 그룹은 Science 에서 표면 수준 양자 진동을보고 한 Li가 말했다. 12 월. “금속뿐만 아니라 이들은 매우 좋은 금속입니다.”
어쨌든, 저온에서 그리고 자기장의 존재에서, SMB 6 의 강한 상관 된 전자. 전기를 전도 할 수는 없지만 가장 전도성 금속의 사람들처럼 움직일 수 있습니다. 크리스탈은 어떻게 금속과 절연체 모두처럼 행동 할 수 있습니까?
샘플의 오염은 또 다른 놀라운 발견이 아니라면 아마도 Sebastian, Tan 및 그들의 공동 작업자는 절연체에서 양자 진동을 발견했을뿐만 아니라 진동의 형태를 발견했을뿐만 아니라 온도가 전통 금속의 보편적 형태의 예측에서 얼마나 빨리 감소함에 따라 진폭에서 성장했는지를 발견했습니다. 테스트 한 모든 금속은이 Lifshitz-Kosevich 공식 (Arnold Kosevich 및 Evgeny Lifshitz의 이름)을 준수하여 SMB 6 의 양자 진동이 있음을 시사합니다. 완전히 새로운 신체 현상에서 나옵니다. Galitski는“다른 재료의 포함과 같은 사소한 무언가에서 나온다면 Lifshitz-Kosevich 공식을 따랐을 것입니다. "그래서 나는 그것이 진짜 효과라고 생각합니다."
놀랍게도, Lifshitz-Kosevich 공식으로부터의 관찰 된 편차는 2010 년 Sean Hartnoll과 Diego Hofman (Harvard University)에 의해 2010 년에 고차원 인 블랙 홀로 강력하게 상관 된 재료, Albert Einstein에 의해 예측 된 시공간의 무한대 곡선으로 강력하게 상관 된 재료를 재구성하는 논문으로 선포되었습니다. Hartnoll과 Hofman은 그들의 논문에서 더 간단한 블랙홀 모델의 해당 특성을 계산하여 금속의 강한 상관 관계의 효과를 조사했습니다. 특히 전자가 블랙홀을 넘어 뜨릴 수있는 길이는 얼마나 오래 걸릴 수 있는지를 조사했습니다. "실제로 [Sebastian] 형식이 내가 파생 한이 공식과 일치 할 수있는 것으로 보입니다."
Hartnoll 은이 일반화 된 Lifshitz-Kosevich 공식은 기존의 금속을 포함하는 금속성 물질 상태를 보유하고 있다고 말했다. 그러나 smb 6 더라도 이 "일반화 된 금속"클래스의 또 다른 구성원이며, 이는 여전히 절연체 역할을하는 이유를 설명하지 않습니다. 다른 이론가들은보다 전통적인 수학적 기계로 자료를 모델링하려고 시도하고 있습니다. 어떤 사람들은 전자가 새로운 양자 방식으로 단열 상태와 전도 상태 사이에서 빠르게 진동 할 수 있다고 말합니다.
이론가들은 이론을 바쁘게 바쁘고 Li와 그의 협력자들은 SMB 6 의 자체 샘플로 Sebastian의 결과를 재현하려고 준비하고 있습니다. . 플로리다에서의 기회 발견은 첫 번째 단계 일뿐입니다. 이제 역설을 해결하기 위해.
