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奇异金属-物质的新状态与黑洞有相同的特性

“奇怪金属”有这个名字是有原因的——这些材料表现出一些不寻常的导电特性,令人惊讶的是,甚至与黑洞有一些共同之处。现在,一项新的研究对它们进行了更详细的描述,并发现奇怪的金属构成了一种新的物质状态。

所谓的奇异金属不同于普通金属,因为它们的电阻与温度直接相关。在奇异金属中,电子会以量子力学定律允许的最快速度失去能量。但这还不是全部——它们的导电性还与两个基本物理常数有关:普朗克常数,它定义了光子可以携带多少能量;波尔兹曼常数,它将气体中粒子的动能与气体的温度联系起来。

虽然这些特性在过去几年里被很好地观察到,但是科学家们很难精确地模拟出奇怪的金属。因此,在一项新的研究中,Flatiron研究所和康奈尔大学的研究人员着手解决这个模型,将其精确到绝对零度——低于材料可能的最低温度。

在此过程中,研究小组发现,奇怪的金属实际上代表了一种新的物质状态。事实证明,它们存在于两种已知的物质相之间——莫特绝缘自旋玻璃和费米液体——而且研究人员能够更详细地描述它们的属性。

“这种量子自旋液体状态并不是完全锁定的,但也不是完全自由的,”该研究的作者之一Kim Eun-Ah说。这是一个缓慢的、浑浊的、泥泞的状态。它是金属的,但不情愿是金属的,它把混沌的程度推到了量子力学的极限。”

但也许奇怪金属最奇怪、最引人注目的事情是它们与黑洞有一些共同的特性。这些宇宙的奇怪现象也有专属于温度、普朗克常数和波尔兹曼常数的特性,包括它们在与其他黑洞合并后“环绕”的时间。

正常情况下,奇怪金属中电子的物理作用太过复杂,无法进行精确计算。有大量的粒子参与其中,而且因为电子倾向于形成量子纠缠,它们不能被视为单独的物体。

团队使用两种不同的方法克服了这些障碍。首先,他们使用量子嵌入方法在少数原子上执行复杂的计算,然后推广到系统的其他部分。接下来,他们使用量子蒙特卡洛算法,该算法使用重复的随机抽样来进行计算。这一组合帮助研究小组更好地了解了奇怪的金属。

该团队表示,他们关于奇异金属的新模型可以帮助物理学家了解超导体在更高温度下是如何工作的。

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