Исследователи определили механизм, который отвечает за необычное поведение «странных металлов». Исследователи из Центра вычислительной квантовой физики Института Флэтайрона разработали теорию, которая объясняет почему в «странных металлах» течение электронов при низких температурах отличается от других ферми-жидкостей. Эта загадка ставила в тупик квантовых физиков на протяжении 40 лет.

«Странные металлы» часто являются сверхпроводниками при очень низких температурах. Но при нагреве до критического уровня сопротивление в этих материалах начинает расти линейно и достигает больших значений. Это соотношение означает, например, что странный металл при нормальных условиях сопротивляется потоку электронов больше, чем обычный, такой как золото или медь.

Идея ученых основана на сочетании двух свойств «странных металлов». Во-первых, их электроны могут быть квантово-механически запутаны друг с другом и остаются в таком состоянии даже на большом расстоянии. Во-вторых, «странные металлы» отличаются неоднородным, лоскутным расположением атомов.

Неравномерность расположения атомов означает, что запутывания электронов различаются в зависимости от того, где оно произошло, объясняют физики. Это разнообразие добавляет хаотичности импульсу электронов, когда они движутся через материал и взаимодействуют друг с другом. Электроны в таком материале не текут в едином потоке, а толкают друг друга во всех направлениях, что приводит к электрическому сопротивлению. Поскольку частота столкновений изменяется с ростом температуры, электрическое сопротивление также увеличивается.

Изменение удельного сопротивления в обычных и «странных» металлах. Изображение: Lucy Reading-Ikkanda, Simons Foundation

Исследователи полагают, что лучшее понимание свойств таких материалов поможет физикам разрабатывать и настраивать новые сверхпроводники, например, для квантовых вычислений.