Иттербий — странный металл. При попадании гамма-лучей все становится еще более странным
Когда физики-теоретики называют что-то «странным», вы знаете, что что-то не так. Это то, что иттербий, химический элемент из группы лантанидов, меняет свой электрический заряд при бомбардировке высокоэнергетическими фотонами. Никто не знает, почему это происходит.
«Странный» — второе имя квантовой физики. В этом экзотическом мире, где доминируют запутанные состояния и явление суперпозиции, нет ничего интуитивного. Однако есть элементы, которые называют «странными металлами», потому что они проводят электричество иначе, чем классические металлы. Одним из них является иттербий, который уже более 100 лет интересует ученых (открыт в 1907 году).
В эксперименте, поставленном физиком-теоретиком Яшаром Комиджани, доцентом Университета Цинциннати , сплав иттербия подвергся бомбардировке гамма-лучами, и были обнаружены его замечательные электрические свойства. Подробности приведены в Science , но там больше вопросов, чем ответов.
Доктор Яшар Комиджани говорит:
Идея состоит в том, что в металле есть море электронов, движущихся на заднем плане по решетке ионов. Но с квантовой механикой происходит замечательная вещь. Вы можете забыть о сложностях, связанных с ионной сеткой. Вместо этого они ведут себя так, как будто находятся в вакууме. Вы можете положить что-то в черный ящик, и я могу многое рассказать вам о том, что внутри, даже не глядя на него, просто измеряя такие вещи, как сопротивление, теплоемкость и проводимость. Но что касается странных металлов, я понятия не имею, почему они ведут себя так. Загадка заключается в том, почему заряд колеблется так медленно в высококоррелированной квантовой системе?
Иттербий попал, иттербий взволнован
В исследовании использовался ß-YbAlB 4 , сплав иттербия, алюминия и бора, который был подвергнут гамма-облучению, чтобы увидеть, как реакция меняется в зависимости от температуры и давления. Сам эксперимент был извращенным в том смысле, что одним из основных применений иттербия является производство гамма-излучения.
Гамма-лучи обычно образуются в результате радиоактивного распада. Чтобы получить их по запросу, исследователи ускорили протоны в синхротроне и использовали лучи, возникающие при столкновениях со стенками, для проведения мессбауэровской спектроскопии — процесса, который может обнаруживать очень небольшие изменения в химическом окружении атомных ядер. Когда температуры были очень низкими, по мере увеличения давления сплав превращал странный металл в ферми-жидкость. Исследователи также изучили скорость колебаний электрических зарядов металла, которые длятся всего наносекунду — миллиардную долю секунды. В квантовом мире это вечность.
Авторы наблюдали флуктуации заряда, вызывающие двойной пик в спектре поглощения. Они интерпретируют этот спектр как «одиночный ядерный переход, модулируемый соседними валентными флуктуациями электронов». Двойной пик может быть характеристикой всех странных металлов, которые можно использовать для их идентификации.
проф. Пирс Коулман из Университета Рутгерса говорит:
Что действительно интересно в этом исследовании, так это то, что оно дает новое понимание внутренней работы странного металла. Эти металлы являются основой для новых форм электронной материи — особенно экзотических и высокотемпературных сверхпроводников. Говорят, что после того, как Майкл Фарадей открыл электромагнетизм, британский канцлер Уильям Гладстон спросил, для чего он нужен. Фарадей ответил, что хотя он и не знает, но уверен, что однажды правительство обложит его налогом.
Нет нужды никого убеждать в том, сколько нововведений стало возможным благодаря открытию Фарадея. Физики, изучающие иттербий, чувствуют то же самое — они не знают, для чего могут быть использованы странные металлы, но однажды они станут вездесущими.
