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Científicos descubren una nueva y extraña metalicidad en un material cuántico

Los científicos miden las fluctuaciones cuánticas de la carga en un material cuántico que se comporta como un líquido y encuentran evidencia de una extraña metalicidad.

Concepto de nanotecnología.

Un nuevo estudio de la Universidad de Rice y la Universidad Tecnológica de Viena ha revelado la misteriosa naturaleza de un material cuántico que se comporta como un líquido cuando la electricidad fluye a través de él. Los investigadores midieron las fluctuaciones cuánticas de la carga, o "ruido de disparo", en nanocables hechos de un compuesto raro de iterbio, rodio y silicio (YbRh2Si2).

Descubrieron que el ruido era mucho menor de lo esperado, lo que sugiere que los portadores de carga no eran unidades discretas o cuasipartículas, como en los metales ordinarios.

El estudio, publicado en Science, es la primera evidencia directa de la extraña metalicidad de YbRh2Si2. Este material crítico cuántico exhibe un alto grado de entrelazamiento cuántico y una peculiar dependencia de la temperatura.

A diferencia de los metales estándar como la plata o el oro, donde las cuasipartículas son objetos cuánticos bien definidos que resultan de las interacciones de muchos electrones, YbRh2Si2 puede tener una forma más compleja y colectiva de transportar carga.

Los físicos Liyang Chen (izquierda) y Doug Natelson.

Douglas Natelson, autor correspondiente del estudio y profesor de física y astronomía en Rice, dijo que se preguntaba si algo genérico estaba sucediendo en el extraño comportamiento del metal independientemente de la física microscópica del material.

Dijo que sentía que la naturaleza le estaba diciendo algo, ya que la peculiar metalicidad aparecía en muchos sistemas físicos diferentes a pesar de tener una física microscópica muy diferente.

Por ejemplo, dijo que la física microscópica de los superconductores de óxido de cobre era muy diferente de la del sistema de fermiones pesados que estaba observando.

Dijo que todos tenían una resistividad lineal en temperatura que era característica de los metales extraños, lo que planteó una pregunta más amplia sobre si podría surgir un comportamiento similar en alguna o todas las docenas de otros compuestos que exhibían un comportamiento metálico extraño.

Medición del ruido de disparo

Los investigadores utilizaron una técnica llamada medición de ruido de disparo para sondear la granularidad de la carga en los nanocables. "La idea es que si estoy conduciendo una corriente, consiste en un montón de portadores de carga discretos. Esos llegan a un ritmo promedio, pero a veces están más cerca en el tiempo, y a veces están más separados", explicó Natelson.

"La medición del ruido de disparo es básicamente una forma de ver qué tan granular es la carga a medida que pasa a través de algo".

El estudio también involucró a Qimiao Si, el teórico principal y profesor Harry C. y Olga K. Wiess de Física y Astronomía en Rice, quien propuso una teoría de criticidad cuántica en 2001 que explica la extraña metalicidad de YbRh2Si2. Si dijo que el bajo ruido de disparo confirmó su teoría, que sugiere que los electrones están al borde de la localización y las cuasipartículas se pierden en todas partes en la superficie de Fermi.

"El bajo ruido de disparo trajo nuevos conocimientos sobre cómo los portadores de corriente de carga se entrelazan con los otros agentes de la criticidad cuántica que subyace a la extraña metalicidad", dijo Si. "Este es un gran paso adelante en la comprensión de la física cuántica de estos materiales".