Что такое «ферми-жидкость»?
При очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, движение атомов в веществе должно прекращаться, и оно должно становиться кристаллом. Но из-за квантовых эффектов, например, гелий остается жидким — это состояние называется квантовой жидкостью. Одна из ее разновидностей — ферми-жидкость, состоящая из фермионов. Одно из свойств, которые демонстрирует вещество в таком состоянии, — сверхпроводимость, когда сопротивление падает до нуля. Теория ферми-жидкости, разработанная Львом Ландау, объясняет в том числе, как связано сопротивление и температура в подобном веществе.
Почему металлы «странные»?
Однако некоторые вещества, которые назвали «странными металлами», ведут себя не так, как предсказывает теория ферми-жидкости. Они показывали необычное изменение сопротивление при температурах, выше критических. В нормальных металлах рост сопротивления пропорционален квадрату температуры. В «странных» сопротивление растет линейно, соответственно, при одной и той же температуре оно выше по сравнению с нормальными.
Что выяснили ученые?
Оказалось, что объяснение простое: нужно было посмотреть на проблему шире. Во-первых, в «странных металлах» электроны запутываются, то есть образуют пару, в которой свойства одного электрона зависят от свойств другого, на каком бы расстоянии друг от друга частицы ни находились. Во-вторых, атомы в странных металлах расположены неоднородно, как будто вещество сшито из лоскутов. По отдельности эти свойства не могут объяснить свойства странных металлов, но вместе все становится на места.
Как запутанные электроны влияют на сопротивление?
Из-за неравномерного расположения атомов свойства запутанных электронов различаются в зависимости от того, в каком месте вещества они запутались. Это придает хаотичности импульсу частиц, когда они движутся по материалу. То есть вместо того, чтобы течь ровно всем вместе, электроны сталкиваются друг с другом. Чем горячее материал, тем быстрее они хаотично движутся, тем чаще сталкиваются. Сопротивление растет.
И чем нам поможет это знание?
Ученые уже давно работают над создание сверхпроводимых материалов. Пока этого удалось достичь только при сверхнизких температурах. Благодаря новому знанию в этой области наука сделала еще один шаг для разработки сверхпроводимых материалов, которые можно использовать, например, для создания квантовых компьютеров, передачи энергии на расстояние без потерь и других полезных вещей.
