В странных металлах электричество течёт как вода, и учёные не могут понять, почему
Электрический ток в так называемых «странных металлах» ведет себя вопреки законам классической физики: он течет плавно, как вода, а не дискретными порциями, как предсказывает теория. Это открытие ставит под сомнение фундаментальные представления о природе электричества и открывает путь к разгадке механизма высокотемпературной сверхпроводимости. Результаты нового эксперимента, проведенного с нанопроводниками из экзотического сплава, показали, что перенос заряда может происходить без участия электронов в привычном понимании.
Эксперимент, опровергающий теорию квазичастиц
В основе современной физики твердого тела лежит представление о том, что электрический ток — это поток квазичастиц, возникающих из коллективного взаимодействия электронов. Дискретная природа тока проявляется в эффекте дробового шума — случайных флуктуациях напряжения, вызванных прохождением отдельных носителей заряда. Именно этот эффект и ожидали зафиксировать исследователи, изучая транспортные свойства «странных металлов».
Нанопроводники из иттербия, родия и кремния
Для достижения максимальной точности измерений ученые создали миниатюрные структуры из соединения YbRh₂Si₂ — классического представителя класса «странных металлов». Размеры нанопроводников составили всего 200 нанометров в ширину и 600 нанометров в длину. Такие параметры позволили наблюдать за поведением тока на уровне, близком к квантовому.
В условиях, приближенных к абсолютному нулю, когда квантовые эффекты становятся доминирующими, ожидалось, что ток будет проявлять дробовой шум — характерные всплески, свидетельствующие о переносе заряда дискретными группами электронов. Однако вместо этого приборы зафиксировали абсолютно гладкое, лишенное флуктуаций течение. Заряд перемещался так, словно не существовало никаких отдельных частиц-носителей.
Невидимый переносчик: что течет вместо электронов?
Полученные данные указывают на то, что часть заряда передается без участия электронов как таковых. Это ставит перед физиками фундаментальный вопрос: что именно служит носителем тока в «странных металлах»? Гипотезы варьируются от сложных квантовых конфигураций до полного пересмотра понятия «носитель заряда». Ученые предполагают, что в этом феномене задействованы неизвестные ранее квантовые эффекты, но их природа пока остается загадкой.
Странные металлы занимают уникальное положение между диэлектриками и проводниками. В них уже есть свободные электроны, способные проводить ток, но их поведение кардинально отличается от того, что наблюдается в обычных металлах. Ключевая аномалия — линейная зависимость удельного сопротивления от температуры вблизи абсолютного нуля. В то время как у обычных металлов сопротивление меняется скачкообразно, у «странных» оно растет плавно и линейно.
Именно эта особенность делает их ключом к решению проблемы сверхпроводимости при комнатной температуре. Если удастся «растянуть» этот линейный участок на более высокие температуры, человечество получит материалы с нулевым сопротивлением без необходимости экстремального охлаждения.
