Un nuevo estudio revela daños por cuasipartículas en materiales altamente cuánticos

Un nuevo estudio revela daños por cuasipartículas en materiales altamente cuánticos

Un nuevo estudio revela daños por cuasipartículas en materiales altamente cuánticos

Metales extraños y superconductividad. crédito: La física de la naturaleza. (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02679-7

Un nuevo estudio realizado por el físico Qimiao Si de la Universidad Rice revela el misterioso comportamiento de los metales frágiles cuánticos, materiales que desafían la física convencional a bajas temperaturas. Publicado en La física de la naturaleza. El 9 de diciembre, la investigación examina los puntos críticos cuánticos (QCP), donde los materiales se descomponen en el borde entre dos fases diferentes, como el magnetismo y el no magnetismo. Los resultados arrojan luz sobre las propiedades de estos metales y proporcionan una comprensión más profunda de los superconductores de alta temperatura, que conducen la electricidad sin resistencia a temperaturas relativamente altas.

La clave de este estudio es la criticidad cuántica, un estado crítico en el que las fluctuaciones cuánticas materiales (perturbaciones microscópicas) cambian el comportamiento de los electrones. Mientras que los metales ordinarios obedecen a principios bien establecidos, los metales cuánticos críticos desafían estas normas y exhiben propiedades extrañas y colectivas que han desconcertado a los científicos durante mucho tiempo. Los físicos llaman a este sistema «metal extraño».

«Nuestro trabajo explora cómo las cuasipartículas pierden su identidad en metales exóticos en estos puntos críticos cuánticos, que tienen propiedades únicas que desafían las teorías convencionales», dijeron Harry C. y Olga K. Weiss, Ph.D., profesor y director de Astronomía. Alianza de Materiales Cuánticos Extremos de Rice.

Las cuasipartículas, que representan el comportamiento colectivo de los electrones que actúan como partículas individuales, desempeñan un papel importante en la transferencia de energía e información en los materiales. Sin embargo, en los QCP, estas cuasipartículas desaparecen en un fenómeno conocido como aniquilación de esquinas. Aquí, los momentos magnéticos del material pierden su interacción normal con los electrones, cambiando drásticamente la estructura electrónica del metal.

Este cambio se refleja en el nivel de Fermi, un mapa de posibles estados electrónicos dentro del material. A medida que el sistema cruza el QCP, el nivel de Fermi cambia abruptamente, cambiando significativamente las propiedades del material.

Un nuevo estudio revela daños por cuasipartículas en materiales altamente cuánticos

Criticidad cuántica de destrucción de Kondo y transición del nivel de Fermi grande al pequeño. crédito: La física de la naturaleza. (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02679-7

Comportamiento universal en el contenido

El estudio se extiende más allá de los metales pesados ​​fermiones (materiales con electrones inusualmente pesados) para incluir óxido de cobre y algunos compuestos orgánicos. Todos estos metales extraños exhiben propiedades que desafían la teoría líquida tradicional de Fermi, un marco utilizado a menudo para describir el movimiento de los electrones en los metales. En cambio, sus propiedades se rigen por constantes fundamentales como la constante de Planck, que gobierna la relación cuantitativa entre energía y frecuencia.

Los investigadores identificaron una condición llamada escala dinámica de Planck, donde la dependencia de la temperatura de las propiedades eléctricas refleja fenómenos universales como la radiación cósmica de fondo de microondas y la radiación del «cuerpo negro» que caracteriza el comportamiento de las estrellas. Este descubrimiento destaca un patrón organizativo común en diferentes materiales cuánticos críticos, lo que ofrece información sobre el desarrollo de superconductores avanzados.

Influencia generalizada

Las implicaciones de la investigación se extienden a otros materiales cuánticos, incluidos los superconductores a base de hierro y los que contienen estructuras reticulares complejas. Un ejemplo es CePdAl, un compuesto donde dos fuerzas en competencia (el efecto Kondo y la interacción RKKY) determinan su comportamiento electrónico. Al estudiar estas transiciones, los científicos esperan decodificar el mismo fenómeno en otros materiales, donde prevalecen interrelaciones complejas.

Observar cómo estas fuerzas dan forma a los materiales en los QCP puede ayudar a los científicos a comprender mejor las transiciones en otros materiales o en aquellos con interacciones intermoleculares complejas.

La investigación fue coautora de Huo Hu y Li Chen del Departamento de Física y Astronomía de Rice, la Extreme Quantum Materials Alliance y el Instituto Smalley-Kurle.

Más información:
Haoyu Hu et al, Pérdida cuántica de metales frágiles y cuasipartículas, La física de la naturaleza. (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02679-7

Proporcionado por la Universidad Rice

referencia: Nuevo estudio revela pérdida de cuasipartículas en materiales cuánticos extremos (2024, 9 de diciembre) Obtenido el 9 de diciembre de 2024 de https://phys.org/news/2024-12-reveals-quasiparticle-loss-extreme-quantum.html

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