Le monde de la physique quantique s’est longtemps confronté à un mystère persistant concernant les « métaux étranges ». Aujourd’hui, un nouvel éclairage se profile, offrant une perspective inattendue et innovante sur ces matériaux singuliers.
Le Center for Computational Quantum Physics (CCQ) du Flatiron Institute à New York, sous la direction d’Aavishkar Patel, a mis en lumière un mécanisme éclaircissant les propriétés distinctives des métaux étranges.
Dans une publication datant du 18 août dans la revue Science (Voir ci dessous références et abstract), A. Patel et son équipe dévoilent leur théorie sur ces métaux atypiques, apportant une réponse à l’un des plus grands défis de la physique de la matière condensée.
Le comportement étrange des métaux se retrouve dans de nombreux matériaux quantiques, y compris certains qui, moyennant de petites modifications, peuvent devenir des supraconducteurs (matériaux dans lesquels les électrons circulent avec une résistance nulle à des températures suffisamment basses). Cette relation suggère que la compréhension des métaux étranges pourrait aider les chercheurs à identifier de nouveaux types de supraconductivité.
La nouvelle théorie démontre pourquoi la résistivité électrique de ces métaux est proportionnelle à la température, même à des températures extrêmement basses. Ainsi, ces métaux résistent davantage à l’électron que les métaux conventionnels comme l’or ou le cuivre à température égale.
Elle repose sur la combinaison de deux propriétés des métaux étranges. Premièrement, leurs électrons peuvent s’enchevêtrer les uns dans les autres par la mécanique quantique, liant ainsi leurs avenits, et ils restent enchevêtrés même lorsqu’ils sont séparés fut-ce à grande distance. Deuxièmement, les métaux étranges présentent une disposition non uniforme des atomes, semblable à un patchwork.
« Cette interaction entre l’entrelacement et la non-uniformité est un phénomène inédit ; jamais considéré auparavant pour aucun matériau », précise Aavishkar Patel. Il ajoute que ce simple constat démontre que la complexité autrefois attribuée aux métaux étranges était mal orientée
Référence
Universal theory of strange metals from spatially random interactions
SCIENCE
17 Aug 2023 Vol 381, Issue 6659 pp. 790-793
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq6011
Editor’s summary
Many correlated electron systems, such as cuprates and heavy fermion materials, host an unusual type of metallic state called the strange metal. Strange metals have transport and thermodynamic properties with temperature dependences that differ from those of ordinary metals. Devising a theory that describes all of these properties correctly remains challenging. Patel et al. achieved this goal by introducing disorder in the coupling constants of a model of strongly interacting systems. —
Abstract
Strange metals—ubiquitous in correlated quantum materials—transport electrical charge at low temperatures but not by the individual electronic quasiparticle excitations, which carry charge in ordinary metals. In this work, we consider two-dimensional metals of fermions coupled to quantum critical scalars, the latter representing order parameters or fractionalized particles. We show that at low temperatures (T), such metals generically exhibit strange metal behavior with a T-linear resistivity arising from spatially random fluctuations in the fermion-scalar Yukawa couplings about a nonzero spatial average. We also find a T ln(1/T) specific heat and a rationale for the Planckian bound on the transport scattering time. These results are in agreement with observations and are obtained in the large N expansion of an ensemble of critical metals with N fermion flavors.
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