يؤدي النقر على مفتاح أي نوع من الأجهزة الكهربائية إلى إطلاق نطاق من الجسيمات المشحونة التي تنتقل إلى نبض جهد الدائرة.
لكن الاكتشاف الجديد في مواد غريبة تسمى المعادن الغريبة لا يحرك الكهرباء دائمًا، ويمكن أن يؤدي في بعض الأحيان إلى تساؤل الفيزيائيين عما نعرفه عن طبيعة الجسيمات.
تم إجراء البحث على أسلاك نانوية مصنوعة من توازن دقيق من الإيتربيوم والروديوم والسيليكون (YbRh).2إس.آي2)
ومن خلال إجراء سلسلة من تجارب القياس الكمي على هذه الأسلاك النانوية، كشف باحثون من الولايات المتحدة والنمسا عن أدلة يمكن أن تساعد في حل الجدل الدائر حول طبيعة التيارات في المعادن التي لا تجري نفسها بطريقة تقليدية.
اخترع في نهاية القرن الماضي في فئة من المركبات القائمة على النحاس المعروفة بمقاومتها للتيارات في درجات حرارة دافئة نسبيًا، معادن غريبة مثل المعادن الأخرى فهي تقاوم الكهرباء عند تسخينها.
فقط هم يفعلون ذلك بشكل مختلف، مما يزيد من المقاومة بمقدار معين لكل درجة ارتفاع في درجة الحرارة.
في المعادن العادية، تختلف المقاومة مع درجة الحرارة، وتستقر بمجرد تسخين المادة بدرجة كافية.
ويشير هذا الاختلاف في قوانين المقاومة إلى أن التيارات في المعادن الغريبة لا تتصرف بشكل موحد. لسبب ما، تختلف الطريقة التي تتفاعل بها الجسيمات الحاملة للشحنة في المعادن الغريبة مع موجة الجسيمات المحيطة بها عن تعرج الإلكترونات في الكرة والدبابيس في السلك العادي.
الأمر الأكثر تعقيدًا هو ما يمكننا تصويره على أنه تيار من الكرات سالبة الشحنة تتدفق عبر أنبوب من ذرات النحاس. فالكهرباء هي مادة كمومية، في نهاية المطاف، لها خصائص العديد من الجسيمات التي تتصرف مثل وحدات مفردة تسمى أشباه الجسيمات.
ما إذا كان نفس النوع من أشباه الجسيمات يفسر سلوكيات المقاومة غير العادية للمعادن الغريبة، يظل سؤالًا مفتوحًا، حيث تشير بعض النظريات والتجارب إلى أن مثل هذه الجسيمات شبه الجسيمات قد تفقد سلامتها في ظل الظروف المناسبة.
استخدم الباحثون ظاهرة لتوضيح ما إذا كان تدفق الإلكترونات في المعادن الغريبة ينطوي على موكب مستمر من أشباه الجسيمات. إطلاق نار.
إذا تمكنت من إبطاء وقت الزحف، فإن فوتونات الضوء المنبعثة من ليزر عالي الدقة ستصدر دهن الخنزير بكل إمكانية التنبؤ. هذا “الضجيج” هو سمة من سمات الاحتمال الكمي، ويمكن قياس تفاصيله عندما تتدفق الشحنة عبر الموصل.
“إذا قمت بتوصيل تيار، فسيكون له حاملات شحن منفصلة” هو يقول المؤلف الرئيسي دوج نادلسون هو فيزيائي في جامعة رايس في الولايات المتحدة.
“إنها تأتي بنسب متوسطة، لكنها في بعض الأحيان تكون متقاربة وأحيانا تكون متباعدة.”
اكتشف الفريق مقدار ضجيج الطلقات في عينة رقيقة جدًا من YbRh2إس.آي2 يتم قمع التفاعلات المعتادة بين الإلكترونات وبيئتها إلى حد كبير بطرق غير مفسرة، مما يشير إلى أن أشباه الجسيمات ربما لا تلعب دورًا.
وعلى العكس من ذلك، كانت الشحنة أكثر سيولة من التيارات الموجودة في المعادن التقليدية، وهو اكتشاف يدعم ذلك النموذج المقترح منذ أكثر من 20 عامًا، وذلك بفضل مساهمات كيمياو تشي، عالم فيزياء المواد المكثفة في جامعة رايس.
تصف نظرية سي للمواد التي تقترب من درجات حرارة الصفر كيف أن الإلكترونات في مواقع مختارة لم تعد تتشارك في الخصائص التي تسمح لها بتكوين أشباه الجسيمات.
على الرغم من أنه يمكن استبعاد سلوك أشباه الجسيمات النموذجي مبدئيًا، إلا أن الفريق ليس متأكدًا تمامًا من الشكل الذي يتخذه هذا التيار “السائل”، أو حتى ما إذا كان من الممكن العثور عليه في وصفات معدنية غريبة أخرى.
“أشباه الجسيمات إما أنها أشياء غير محددة بشكل جيد أو دليل على عدم وجودها، وأن الشحنة تتحرك بطرق معقدة. نحن بحاجة إلى العثور على المفردات الصحيحة للحديث عن كيفية تحرك الشحنات بشكل جماعي.” هو يقول نادلسون.
تم نشر هذه الدراسة علوم.
