La teoría de Landau del líquido de Fermi FL Nota 1, establecida en la primera mitad de los 20 th siglo, es la base del uso científico e industrial de los materiales metálicos en nuestra sociedad. También es la base de nuestro conocimiento actual de los metales. Sin embargo, en la segunda mitad del 20 th Siglo, se descubrieron más y más materiales metálicos que se comportan de manera muy diferente. El comportamiento de estos "metales extraños" en líquidos no Fermi NFL sigue siendo un enigma para los físicos, y no existe una teoría establecida para explicarlos.
Recientemente, un equipo de investigación conjunto compuesto por miembros que incluyen al Dr. Zi Yang MENG, profesor asociado del Departamento de Física de la Universidad de Hong Kong HKU, el Dr. Avraham KLEIN y el profesor Andrey CHUBUKOV de la Universidad de Minnesota, el Dr. Kai SUN, asociadoEl profesor de la Universidad de Michigan, y el Dr. Xiao Yan XU de la Universidad de California en San Diego, ha resuelto el rompecabezas del comportamiento de la NFL en los sistemas de electrones que interactúan y ha proporcionado un protocolo para el establecimiento de nuevos paradigmas en metales cuánticos, a través de la tecnología cuántica.cálculo de muchos cuerpos y cálculos analíticos. Los resultados se han publicado recientemente en Materiales cuánticos Npj . El trabajo contó con el apoyo del Consejo de Subvenciones de Investigación de la RAEHK y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de China.
Últimos descubrimientos del misterioso comportamiento de la NFL
La teoría de Landau del líquido Fermi FL explicó con éxito muchas características de metales simples como el cobre, la plata, el oro y el hierro, como cuando los cambios de temperatura, su resistividad, capacidad calorífica y otras propiedades siguen una forma de función simple con respecto a la temperatura Tpor ejemplo, sigue la resistividad ρ ~ T 2 y sigue la capacidad calorífica C ~ T , independientemente de los detalles del material.El éxito de la teoría del líquido de Fermi radica en la suposición central de que los electrones, las gotas en el líquido de Fermi, no interactúan entre sí, sino que se comportan de manera idéntica en el material.
Sin embargo, muchos materiales metálicos que se descubrieron después de que se estableció FL, NO se comportan como FL. Por ejemplo, en los llamados compuestos superconductores de alta temperatura, óxidos de cobre y pnictidos de hierro, sus resistividades son lineales en temperatura ρ ~ T antes de que el sistema se vuelva superconductor la resistividad es entonces cero, y tales sistemas se denominan en general Non-Fermi-Liquids NFL .A diferencia del FL simple, los electrones de NFL, las gotas, interactúan fuertemente entre sí.
las NFL tienen una aplicación potencial para resolver la crisis energética
Los físicos aún no tienen mucha idea sobre la NFL, lo que dificulta mucho hacer predicciones concretas. Aún así, estos sistemas son esenciales para la prosperidad continua de la sociedad humana, ya que las NFL tienen la clave para hacer uso de superconductores de alta temperatura.material que resolverá la crisis energética. Actualmente, los llamados materiales superconductores de alta temperatura todavía solo funcionan a una escala de temperatura de -100 Celsius; se les llama de alta temperatura en comparación con los superconductores FL, que funcionan a una escala de temperatura de-200 Celsius - por lo que todavía es difícil poner superconductores de alta temperatura en el uso diario a temperatura ambiente, pero solo entonces podremos disfrutar de las agradables propiedades de tal material que la energía electrónica no perderá calor debido a la resistividad.cuando comprendamos cómo funciona el NFL en superconductor de alta temperatura a -100 grados Celsius, podemos diseñar el material definitivo para que funcione a temperatura ambiente. Por lo tanto, la comprensión completa deLa NFL es de vital importancia.
Los físicos con experiencia analítica han estado tratando de comprender la NFL durante aproximadamente medio siglo. El problema del cálculo analítico es que, debido a la naturaleza cuántica de muchos cuerpos de la NFL, la convergencia y precisión de muchas predicciones teóricas no se pueden controlar o controlar.garantizado; se necesitaría un cálculo cuántico insesgado para verificar estas preposiciones.
La revelación clave del rompecabezas es la computación
En el frente numérico, ha habido muchos intentos previos, pero el problema es que los resultados obtenidos son siempre diferentes a la predicción analítica. Por ejemplo, la cantidad más importante de la NFL, la autoenergía Σ, que describe lanivel de las interacciones de los electrones en el material, se espera que tenga una dependencia de la frecuencia de la ley de potencia como Σ ~ ω2 / 3. Sin embargo, la energía propia calculada no sigue como la ley de potencia, muestra un comportamiento divergente lento, es decir, la energía propia calculada no llega a cero a medida que se reduce la frecuencia, sino que aumenta cada vez más. Tal diferencia hace que la situación sea aún más desconcertante.
Después de una discusión muy inspiradora entre el Dr. Meng, el Profesor Chubukov y el Dr. Klein, se dieron cuenta de que la configuración de la simulación numérica es en realidad diferente a la del cálculo analítico. Tal sutileza proviene del hecho de que las simulaciones del modelo se realizan enel sistema finito a temperatura finita, es decir T ≠ 0, mientras que las expectativas analíticas están estrictamente en la temperatura cero T = 0. En otras palabras, los datos numéricos en realidad contienen tanto la contribución de la NFL de temperatura cero como la contribución de las fluctuaciones a una temperatura finita. Para poder revelar el comportamiento de la NFL a partir de la simulación del modelo de celosía, como el entorno, uno deberíaes necesario deducir la contribución de temperatura finita.
Esta resulta ser la revelación clave del rompecabezas de la NFL. El Dr. Klein, el Dr. Sun y el profesor Chubukov derivaron la forma analítica de la contribución de temperatura finita con la información del modelo de celosía diseñado por el Dr. Meng y el Dr. Xu paraEl Dr. Meng y el Dr. Xu para emplear y deducir a partir de los datos numéricos, los resultados se muestran como la línea punteada negra y los datos a su alrededor. Para sorpresa y éxtasis de todos, los resultados después de la deducción exhiben perfectamente el comportamiento esperado de la NFL, a partir de la temperatura finitahasta la temperatura cero, se revela la ley de potencias. Es la primera vez que se obtiene un comportamiento NFL tan claro a partir de una simulación numérica imparcial.
Traer un futuro mejor a la sociedad
El Dr. Meng dijo que se espera que este trabajo inspire muchas investigaciones teóricas y experimentales de seguimiento y, de hecho, las investigaciones posteriores han obtenido resultados prometedores para una mayor identificación del comportamiento de la NFL en otro sistema modelo, dijo: "Este trabajo de investigación revela el rompecabezas de los no fermi-líquidos durante varias décadas y allana el camino para el establecimiento de un nuevo paradigma de metales cuánticos más allá de los de hace más de medio siglo. Con el tiempo, seremos capaces de comprender los materiales de la NFL.como los superconductores de alta temperatura, como entendemos ahora los metales simples como Cooper y Sliver, y esta nueva comprensión resolverá la crisis energética y traerá mejores aplicaciones industriales y personales a la sociedad ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Hong Kong . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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