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奇异金属如黑洞,展现新物态

2020年8月1日8:36 环球解密

    科学家知道有一种“奇异金属”,它的特性和黑洞相似。近期一份研究对其建模发现,这种金属构成了一种新的物质形态。

    普通金属的电阻与温度直接相关。从量子学角度看,物理学家认为电阻是电子撞上金属内的杂质,或是和其它电子相撞导致的副作用。这些撞击事件之间间隔的时间越长,金属材料的电阻越低。普通金属的电阻随着温度的升高而增大,物理学家总结了一个复杂的公式对其描述。

    但是奇异金属不是这样,它的导电性还与普朗克常数和玻尔兹曼常数相关。普朗克常数定义单个光子的能量;玻尔兹曼常数描述气体温度及能量之间的关系。

    这份近期发表在美国国家科学院院刊(PNAS)的研究,第一次对这种金属建立了模型,一直到绝对零度的低温范围。

    研究人员发现,这种奇异金属其实是一种介于自旋玻璃态和费米液体之间的一种物质形态。

    “这种量子自旋液态不是固定的,但又不是完全自由的。”研究作者之一金恩艾(Eun-Ah Kim)说:“它是一种惰性、糊状、泥泞的状态。它是金属,又有点不像金属,其无序性推向了量子学的极限。”

    其实这种金属最奇异的地方在于,它与黑洞特性的相似之处。黑洞也展现出与温度、普朗克常数和玻尔兹曼常数相关的特性,比如在和另一个黑洞合并后振动持续的时间。

    以前,因为涉及的粒子数量众多,而且电子容易形成量子纠缠,无法分开进行独立处理等困难,物理学家无法实现对奇异金属内电子的准确计算。

    这份研究先用量子学方法仅对几个原子展开复杂的计算,之后推广到整个系统;再使用随机算法,重复对随机样本进行计算,解决了这些障碍完成建模。

    研究者称,这项研究有助于了解相对高一些温度下的超导,以及关联黑洞等天体的研究。“从普朗克金属到黑洞,都有相似的特性,这太令人惊叹了。”合作研究员帕尔科莱特(Olivier Parcollet)说。

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