Исследование предлагает новый механизм, лежащий в основе присущего металлу странного поведения

Квантовые критические точки — это пороговые значения, которые отмечают переход материалов между различными электронными фазами при абсолютном нуле температуры, при котором они часто демонстрируют необычные физические свойства.

Одной из таких критических точек является так называемая квантовая критическая точка разрушения Кондо, которая знаменует собой исчезновение эффекта Кондо (то есть квантового явления, которое приводит к локализации магнитных моментов в металлах), за которым следует появление новой физики.

Исследователи из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана, Ратгерского университета и Сеульского национального университета приступили к дальнейшему изучению динамического масштабирования, связанного с квантовой критической точкой Кондо-дефекта, используя теоретическую базу, описывающую материалы с тяжёлыми фермионами, известную как периодическая модель Андерсона.

В их статье, опубликованной в Physical Review Letters, предлагается новый механизм, который может лежать в основе некоторых необычных свойств странного металлического состояния вещества.

«Нашей первоначальной целью было исследовать квантовую критичность тяжёлых фермионов с помощью современных, передовых вычислительных методов, которые могут воспроизводить динамику при гораздо более низких энергиях, чем те, что изучались ранее», — рассказал Phys.org Андреас Глейс, первый автор статьи.

«Результаты, касающиеся странного поведения металлов, в нашей статье PRL, опубликованной по итогам этого исследования, стали более или менее неожиданным сюрпризом».

В своей статье Глейс и его коллеги представляют новую теорию, которая описывает необычную динамическую реакцию, наблюдаемую во многих материалах с тяжёлыми фермионами вблизи их квантовых критических точек при переходе в фазу странного металла. Используя вычислительные методы, исследователи показывают, что некоторые флуктуации в этих материалах затухают с медленной планковской скоростью, когда они находятся в квантовой критической области, управляемой квантовыми критическими точками.

«Интересно, что мы обнаружили, что критические коллективные короткодействующие флуктуации тока также подчиняются этой медленной планковской скорости затухания, что позволяет нам описать необычные оптические свойства странных металлов как неотъемлемое свойство странного металлического состояния, — объяснил Глейс. – С другой стороны, динамика отдельных электронов в материале не играет существенной роли. Это резко контрастирует с широко распространённой гипотезой «маргинальной ферми-жидкости», согласно которой распад отдельных электронов лежит в основе оптических свойств странных металлов».

В статье исследователей предполагается, что квантовая критическая точка Кондо-дефекта, рассматриваемая в их исследовании, является внутренней (то есть не содержащей беспорядка) фиксированной точкой странного металла. Примечательно, что их теоретические предсказания согласуются с измерениями оптической проводимости, проведёнными в рамках экспериментов с соединениями тяжёлых фермионов YbRh₂Si₂ и CeCoIn₅.

В этом исследовании также предложен новый механизм, который может лежать в основе внутреннего поведения «странных» металлов, наблюдаемого в различных материалах с тяжёлыми фермионами. Этот механизм, определяющий необычные оптические свойства, присущие «странным» металлам, основан на критическом короткодействующем рассеянии (то есть сильных и локальных электрон-электронных взаимодействиях, наблюдаемых вблизи квантовой критической точки).

«В ближайшем будущем мы планируем более детально изучить механизм и свойства нашего недавно открытого странного металла, — добавил Глейс, – Мы хотим знать, при каких именно условиях возникают такие странные металлы, например, какие взаимодействия для этого требуются и в каком параметрическом режиме их можно ожидать, а также возникают ли они в других сильно коррелированных системах, таких как купратные сверхпроводники. Кроме того, мы хотим знать, влияет ли динамика странного металла на такие явления, как нетрадиционная сверхпроводимость, и если да, то каким образом».

Источник: Phys.org