Слабая муфта показывает дефект в странной металлической модели

В последнее десятилетие физики пытались исследовать внутреннее устройство этих квантовых материалов с помощью экспериментов с холодными атомами, в которых поведение электронов моделируется с помощью нейтральных атомов, световых лучей и сверхнизких температур. Эти двухмерные модели представляют собой аналоговую систему, которая позволяет экспериментаторам видеть взаимодействия в более контролируемой длине и временных масштабах — в микронах и миллисекундах, а не в ангстремах и фемтосекундах, — что еще больше приближает их к пониманию необычных электрических функций материалов.

Исследователи из Корнелла во главе с Эрихом Мюллером, профессором физики в Колледже искусств и наук, обнаружили, что эта экспериментальная модель вообще не отражает того, что на самом деле происходит внутри странных металлов.

«Эти эксперименты с холодным атомом — действительно отличный способ попытаться узнать об этом странном поведении металла, об этом безумно необычном удельном сопротивлении, которое, как мы считаем, является ключом к пониманию того, как создавать высокотемпературные сверхпроводники и многое другое», — сказал Мюллер. . «Мы обнаружили, что на самом деле есть простое объяснение тому, что происходит в этом эксперименте».

Кили и Мюллер потратили два года, пробуя различные подходы к моделированию эксперимента с холодным атомом. Чтобы визуализировать эксперимент, представьте себе доску для игры в го. Атомы — это черные и белые камни, которые можно перемещать с помощью квантового туннелирования от квадрата к квадрату, рассеивая энергию в зависимости от силы их взаимодействия или сцепления с другими атомами.

Исследователи обнаружили, что наиболее интересным подходом было изменение силы взаимодействия между атомами.

«Это дает нам очень четкое представление о том, как описать эту систему», — сказал Кили. «Когда атомы взаимодействуют друг с другом очень слабо, мы можем как бы строить эффективные взаимодействия, основываясь на том факте, что мы знаем, что происходит, когда они не взаимодействуют».

Определив предел, при котором эти взаимодействия были самыми слабыми, исследователи смогли наблюдать экзотическое поведение странных металлов, но, что удивительно, в контексте, который не был достаточно странным, чтобы это подтверждать. И поведение все еще можно было объяснить количественно.

«Интерпретация эксперимента с холодным атомом заключалась в том, что та же физика, которая отвечала за эти высокотемпературные сверхпроводники, имела место в этих аналоговых экспериментах, что они обнаружили странный металл», — сказал Мюллер. «Томас показал, что, хотя они видели то же, что и в материалах, вполне вероятно, что это из другого источника. Этот слабо притягивающий предел, который мы смоделировали, определенно не то, что происходит в материале ».

Хотя исследователи из Корнелла смогли с уверенностью объяснить, что происходит в экспериментах с холодным атомом, они все еще не уверены, что происходит внутри самих странных металлов.

«Это сложная проблема, — сказал Мюллер. «Мы надеемся получить более контролируемую среду для исследования той же физики, потому что модели, которые исследуются с помощью этих экспериментов с холодным атомом, вероятно, недостаточно сложны, чтобы объяснить, что происходит. Но я думаю, что из этого можно создать много отличных вещей, на самом деле глядя на этот предел слабой связи и на то, как вещи переходят в сильную связь ».