一種奇怪的量子金屬改寫了電力規則

日本研究人員解釋了電力在一組特殊的量子金屬中是如何發揮作用的。這項研究是第一個，它逆轉了這些金屬內的弱磁場和小電迴路。改變改變了材料的宏觀電特性，方向改變了更容易的電方向。

值得注意的是，研究團隊發現量子幾何效應將這種變化放大了 100 倍。研究、發表 美國國家科學院程序簡單的磁鐵為新型電子器件的控制提供了理論基礎。

科學家們在 2020 年左右的實驗中看到了這種奇怪的磁性行為，但無法解釋它為什麼會發生以及為什麼它如此強大。這項研究提供了第一個解釋兩者的理論框架。

受挫電子無法安定下來

“戈薇金屬”這個名字來自日語，意思是“籃子眼睛”或“籃子圖案”。

這些金屬很特別，因為它們被組織在這種稱為“幾何挫折”的特殊籃子織物中。電子無法建立簡單且有組織的模式，並且被迫進入包含電流環路的更複雜的量子態。

當這些金屬的電流迴路改變方向時，金屬的電學行為就會發生變化。研究小組展示了與環路電流和波形電子模型（負載密度波）一起工作的基本對稱性。量子幾何效應還發現了僅在較小尺度的主體中發生的特殊行為——它們顯著改善了持續的效果。

“每次看到磁力變化時，我們都會知道一些不尋常的事情，但我們無法解釋原因，”本科生科學研究生院教授兼主要作者 Hiroshi Kontani 說。

“戈薇金屬集成的放大器使其比普通金屬堅固得多。

金屬 -190 ℃ 是冷卻金屬的非常低的溫度。在這個溫度下，戈薇金屬在整個材料中自然生長，使電流循環並產生波。當科學家施加弱磁場時，這些電流會反轉旋轉方向，從而導致金屬電流方向發生變化。

新材料遇見新理論

量子物理學的這一突破是不可能的，因為戈薇金屬是在 2020 年左右才發現的。科學家們很快就看到了實驗中不斷出現的神秘恆定效應，但他們無法解釋它是如何運作的。

所涉及的量子相互作用非常複雜，需要對電流環、量子幾何和磁場如何工作有深入的了解——這些知識是近年來才發展起來的。這些效應對雜質、緊張和外部條件也非常敏感，這使得學習變得困難。

“這個發現發生在正確的時間：最終了解這些高級時刻，正確理解這些技術設備。在修復這個難題之前，我們甚至沒有更新它們中的每一個，”Kontani老師補充道。

“這些金屬的磁控制可以為磁記憶或超靈敏傳感器選擇新的選擇。我們的研究提供了基本的認識，即有必要開始開發下一代受控技術，”他說。