La mecánica cuántica puede parecer un poco confusa, por lo que para que un material cuántico se llame "extraño" es realmente decir algo.
Una colaboración dirigida por la Universidad de Cornell ha utilizado herramientas computacionales de última generación para modelar el comportamiento caótico de metales planckianos o "extraños". Este comportamiento ha intrigado a los físicos durante mucho tiempo, pero no han podido simularlo.hasta la temperatura más baja posible hasta ahora.
El documento del equipo, "Linear Resistivity and Sachdev-Ye-Kitaev SYK Spin Liquid Behavior in a Quantum Critical Metal with Spin-1/2 Fermions", publicado el 22 de julio en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias . El autor principal del estudio es el estudiante de doctorado Peter Cha.
Liderando la colaboración está Eun-Ah Kim, profesora de física en la Facultad de Artes y Ciencias, interesada en los fenómenos sociales de los electrones y cómo interactúan como sociedad, con todas las complicaciones que conlleva.
Al igual que las personas, los electrones tienen diferentes tendencias innatas. En los metales, los electrones tienen una mente independiente y en su mayoría deambulan libremente. En los aisladores, los electrones están atrapados en una posición fija. Entre estas fases metálicas y aislantes existe el extraño caso de los metales planckianos. En Planckianmetales, los electrones disipan energía a la velocidad más rápida posible permitida por las leyes fundamentales de la mecánica cuántica. Tienen un alto nivel de comportamiento caótico y resistividad eléctrica.
Imagine una carretera congestionada con tráfico lento. Los vehículos se dirigen en la misma dirección general, pero son lentos y su movimiento está restringido. Esta es la difícil situación de los electrones en los metales planckianos. Ahora compare eso con los electrones en un superconductor, que es el estado más organizado y coherente posible, una supercarretera con un gran número de electrones que se apresuran a toda velocidad, sin resistencia ni dispersión. Durante más de tres décadas, los científicos han estado desconcertados de que los metales planckianos puedan convertirse en superconductores de alta temperatura.El comportamiento inexplicable parece estar relacionado de alguna manera con el deseo de los electrones individualistas de distanciarse unos de otros.
"Así como tenemos recomendaciones de distanciamiento social por orden de nuestro gobernador, los electrones tienen recomendaciones de distanciamiento social por orden de la Madre Naturaleza", dijo Kim. "Pero exactamente cómo este orden de distanciamiento social resultó en este comportamiento particular, caótico máximoha sido un misterio. ¿Cómo pasas del mandato de, de acuerdo, todos se repelen, a esta forma particular de comportamiento caótico e incongruente? Sugiere que hay algo en este estado muy confuso que es una semilla para un muyestado organizado "
El grupo de investigación de Kim colaboró con científicos del Flatiron Institute, una división de investigación interna de la Fundación Simons en la ciudad de Nueva York, que se especializa en física cuántica computacional. Juntos, crearon el primer modelo de comportamiento planckiano hasta el nivel más bajo posibletemperatura, cero absoluto cero grados Kelvin o -273.15 grados Celsius. Esto marca la región crítica cuántica cuando un estado de la materia pasa a otro.
Al ajustar la proporción entre la necesidad de los electrones de rebotar energía cinética y las fuertes interacciones sociales que bloquean los electrones en su posición de acuerdo con sus espines energía de interacción, que es esencialmente un mandato para el distanciamiento social, los investigadores afinaronel sistema al borde de la transición entre un metal ordinario y un aislante impulsado por la interacción. Cuando el distanciamiento social es más fuerte, el sistema entra en un estado de aislador de vidrio giratorio, en el que los electrones inmóviles solo están representados por sus espines alineados libremente. Pero cuando es cinéticodomina la energía, el sistema entra en un estado de metal líquido Fermi.
"Descubrimos que hay una región completa en el espacio de fase que exhibe un comportamiento planckiano que no pertenece a ninguna de las dos fases entre las que estamos haciendo la transición", dijo Kim. "Este estado líquido de espín cuántico no está tan bloqueado, pero tampoco es completamente gratis. Es un estado lento, espeso y fangoso. Es metálico pero a regañadientes metálico, y está llevando el grado de caos al límite de la mecánica cuántica ".
El modelo es minimalista por diseño, lo que permite a los investigadores identificar los ingredientes más básicos para el comportamiento del metal planckiano. Esto proporcionará una plantilla para construir modelos más complicados que pueden capturar fenómenos aún más esquivos, como la superconductividad a altas temperaturas. Y tal vezincluso más que eso.
"Los universos y sociedades de electrones que estudiamos no son solo un tema de curiosidad y satisfacción intelectual", dijo Kim. "También son un tema que marca la diferencia en la sociedad. Podemos cambiar la sociedad, revolucionar la sociedad".- al comprender nuevos materiales, nuevos tipos de estados. El descubrimiento de semiconductores condujo al transistor. Y no podemos imaginar cómo sería el mundo hoy si no hubiera transistores ".
La investigación fue apoyada por el Departamento de Energía de EE. UU. Y la Fundación Simons.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Original escrito por David Nutt. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :