Вчені не можуть зрозуміти, чому у дивних металах електрика тече як вода

Загадкова фізика про дивних металів 40 років ставить вчених у глухий кут. Проблиски в розумінні питання вже є, але дослідження продовжуються і відкривають нові і нові незрозумілі властивості речовини. Нове дослідження показало, що електричний струм у дивних металах тече з порушенням відомої нам фізики та вчені поки не розуміють, чому це відбувається.

Дивні метали умовно займають проміжне положення між діелектриками та провідниками. У них вже є вільні електрони, здатні переносити електричний заряд (забезпечити перебіг струму), але поки що не стають провідниками у сенсі цього терміну. Почати розуміти природу дивних металів допоміг синтез квантової та класичної фізики. Одночасно він показав, що той самий ефект електричного струму, наприклад, ми розуміли, швидше за все, неправильно.

В основі сучасної теорії електричного струму лежить перенесення заряду квазічастинками, що представлені колективними діями електронів. Дискретна природа електричного струму проявляється у разі так званого дробового шуму, коли струм у мережі проявляється сплесками, а не у вигляді рівномірного перенесення заряду постійної величини. Щоб дізнатися, як струм протікає в дивних металах, вчені створили такі умови, щоб можна було стежити чи не за кожним електроном.

В основі вимірювального стенда лежали нанопровідники зі з’єднання ітербію, родію та кремнію (YbRh₂Si₂) шириною 200 нм і довжиною 600 нм. Це з’єднання відноситься до дивних металів і, як і інші дивні метали, має нетипові властивості поблизу абсолютного нуля. Якби електричний струм протікав через цей матеріал так, як ми уявляємо — дискретно групами корелованих електронів у вигляді квазічастинок, то нічого дивного не сталося б. Проте в ході експерименту вчені переконалися, що струм продовжував текти плавно без властивих дробовому шуму флуктуацій як вода за широким жолобом.

Інакше кажучи, заряд частково передавався начебто без участі електронів, що є неймовірним. Можливо, в металах відбувається те саме, і носієм заряду служить щось інше крім електронів. Безперечно в цьому виявляються квантові ефекти, але яким чином, фізикам ще доведеться пояснити.

Відповідь на це питання допоможе наблизити відкриття надпровідності при звичайній температурі, адже однією з корінних властивостей дивних металів є зовсім відмінна від металів поведінка питомого опору поблизу абсолютного нуля. У металів воно змінюється стрибком від нуля до високого, а у дивних металів замість стрибка воно росте поступово та лінійно. Дотягнути його невеликим до високих температур, і буде всім щастя в енергетиці.