美國布朗大學的科研人員近年對不遵循傳統電學規則的“奇怪金屬”材料進行了研究,發現了一種新型奇怪金屬,在這種材料中,電荷不是由電子攜帶的,而是由更“波狀”的名為“庫珀對”的實體所攜帶。
電子屬於一種叫做“費米子”的粒子,但“庫珀對”是“玻色子”,它遵循與費米子不同的規則。這是首次在玻色子系統中發現奇怪金屬行為,研究人員希望這一發現有助於解釋奇怪金屬的工作原理。
大約30年前,人們在一種叫做硝酸鹽的高溫超導體材料中首次發現了奇怪金屬行為。在溼度高於超導臨界溫度後,隨著溼度的升高,銅酸鹽的電阻呈嚴格的線性増加。普通金屬的電阻増加到一化程度後會在高溫下保持恆定,這符合費米一液體理論。當在金屬中流動的電子撞擊到金屬的原子結構時,就會產生電阻,導致它們散射。費米一液體理論設定了電子散射能發生的最大速率。但奇怪金屬並不遵循費米-液體定律,也沒有人知道它們是如何工作的。
1952年,諾貝爾獎得主Leon·Cooper發現,在普通超導體(不是後來發現的高溫超導體)中,電子組成的“庫珀對”可以在原子晶格中無阻力地移動。儘管“庫珀對”是由兩個費米子電子組成的,但可以作為玻色子。2019年,布朗大學的科研團隊證明,“庫珀對”玻色子可以產生金屬行為,可以在有一定阻力的情況下導電。在這項最新的研究中,科研人員想知道玻色“庫珀對”金屬是否也是奇怪的金屬。
研究小組使用了一種名為釔鋇氧化銅的銅酸鹽材料,上面有微小的孔洞,可以誘發“庫珀對”的金屬形態。研究小組將材料冷卻到剛好高於超導溼度,觀察其電導的變化。他們發現,像費米子奇異金屬一樣,“庫珀對”金屬的電導率也與溫度成線性關係。奇怪金屬行為可能是理解高溫超導性的關健,這在無損電網和重子計算機等領域具有巨大的潛力。相關研究論文《Signatures of a strange metal in a bosonic system》已在Nature期刊上發表。