L’électricité circule comme un liquide dans d’étranges métaux : ScienceAlert

Appuyer sur l’interrupteur de n’importe quel type d’appareil électrique déclenche une fanfare de particules chargées marchant au rythme de la tension du circuit.

Mais une nouvelle découverte dans des matériaux exotiques connus sous le nom de métaux étranges a révélé que l’électricité ne se déplace pas toujours au même rythme et peut en fait parfois saigner d’une manière qui amène les physiciens à remettre en question ce que nous savons sur la nature des particules.

La recherche a été menée sur des nanofils constitués d’un équilibre précis d’ytterbium, de rhodium et de silicium (YbRh₂Et₂).

En menant une série d’expériences de mesure quantique sur ces nanofils, des chercheurs américains et autrichiens ont découvert des preuves qui pourraient aider à régler un débat sur la nature des courants électriques dans les métaux qui ne se comportent pas de manière conventionnelle.

Découvert à la fin du siècle dernier dans une classe de composés à base de cuivre connus pour n’avoir aucune résistance aux courants à des températures relativement chaudes, métaux étranges deviennent plus résistants à l’électricité à mesure qu’ils chauffent, comme n’importe quel autre métal.

Seulement, ils le font d’une manière plutôt étrange, augmentant leur résistance d’un montant défini pour chaque degré d’augmentation de la température.

Dans les métaux normaux, la résistance varie en fonction de la température et se stabilise une fois que le matériau devient suffisamment chaud.

Ce contraste dans les règles de résistance suggère que les courants dans les métaux étranges ne fonctionnent pas de la même manière. Pour une raison quelconque, la façon dont les particules porteuses de charges dans des métaux étranges interagissent avec la bousculade des particules environnantes diffère du slalom d’électrons d’un flipper dans votre bande de fil moyenne.

Ce que nous pourrions imaginer comme un courant de sphères chargées négativement roulant à travers un tube d’atomes de cuivre est un peu plus compliqué. Après tout, l’électricité est une affaire quantique, dans laquelle les caractéristiques d’un certain nombre de particules s’harmonisent pour se comporter comme des unités uniques appelées quasi-particules.

La question reste ouverte de savoir si les mêmes types de quasiparticules expliquent les comportements de résistance inhabituels de métaux étranges, certaines théories et expériences suggérant que de telles quasiparticules peuvent perdre leur intégrité dans de bonnes circonstances.

Pour clarifier s’il existe une marche constante de quasiparticules dans le flux d’électrons dans des métaux étranges, les chercheurs ont utilisé un phénomène appelé bruit de tir.

Si vous pouviez ralentir le temps, les photons de lumière émis par même le laser le plus précis éclateraient et crépiteraient avec toute la prévisibilité de la graisse de bacon grésillante. Ce « bruit » est une caractéristique de la probabilité quantique et peut fournir une mesure de la granularité des charges lorsqu’elles circulent dans un conducteur.

“L’idée est que si je conduis un courant, il se compose d’un groupe de porteurs de charge discrets”, dit auteur principal Doug Natelson, physicien à l’Université Rice aux États-Unis.

“Ceux-ci arrivent à un rythme moyen, mais parfois ils se rapprochent dans le temps, et parfois ils sont plus éloignés.”

L’équipe a trouvé des mesures du bruit de tir dans leur échantillon ultra-mince de YbRh₂Et₂ a été fortement supprimé d’une manière que les interactions typiques entre les électrons et leur environnement ne pouvaient pas expliquer, ce qui suggère que les quasiparticules n’étaient probablement pas en jeu.

Au lieu de cela, la charge était plus liquide que les courants dans les métaux conventionnels, une découverte qui conforte un modèle proposé il y a plus de 20 ans par l’auteur Qimiao Si, physicien de la matière condensée de l’Université Rice.

La théorie de Si sur les matériaux approchant les températures de zéro degré décrit la manière dont les électrons situés à certains endroits ne partagent plus les caractéristiques qui leur permettraient de former des quasi-particules.

Bien que le comportement conventionnel des quasiparticules puisse être provisoirement exclu, l’équipe n’est pas entièrement certaine de la forme que prend ce courant « liquide », ni même s’il pourrait être trouvé dans d’autres recettes métalliques étranges.

“C’est peut-être la preuve que les quasiparticules ne sont pas des choses bien définies ou qu’elles ne sont tout simplement pas là et que les charges se déplacent de manière plus compliquée. Nous devons trouver le bon vocabulaire pour expliquer comment les charges peuvent se déplacer collectivement.” dit Nathanson.

Cette recherche a été publiée dans Science.