奇异金属在量子噪声实验中出奇的沉默

金属是一种能导电的物质，因为它们的电子可以自由地在晶格中移动。但是，有一些金属的电阻率随着温度的升高而线性增加，而不是像普通金属那样饱和？这些金属被称为奇异金属，因为它们的行为很奇怪，不能用常规的费米液体理论来解释。

费米液体理论是一种描述金属中电子相互作用的有效方法，它假设电子可以被视为准粒子，即具有明确的能量和动量的有效电子。在奇异金属中，准粒子的概念似乎不再适用，因为电子的相互作用太强了，以至于它们失去了自己的身份。

奇异金属通常出现在一些具有强关联效应的材料中，例如高温超导体、重费米子金属、铁基超导体等。这些材料都有一个共同的特点，就是它们都处于量子临界点附近，即一个相变的临界点，不仅受到温度的影响，还受到其他参数，如压力、磁场、化学成分等的影响。

在量子临界点附近，物质的性质会发生剧烈的变化，例如磁性、电阻率、比热等。这些变化是由量子涨落引起的，即物质的微观状态在不同的可能性之间随机跳跃。量子涨落也是奇异金属的一个重要特征，因为它们导致了电子的强关联和非常规的输运性质。

什么是散粒噪声？

散粒噪声是一种测量电流中电荷的颗粒性的方法。你可能知道，电流是由电子在电场的作用下通过导体的过程。如果我们用一个电流计来测量电流，我们会得到一个平均的值，比如1安培。但是，如果我们用一个更灵敏的仪器来测量电流，我们会发现电流并不是恒定的，而是有一些随机的波动，比如1.01安培，0.99安培，1.02安培等。这些波动就是散粒噪声，它反映了电子是以离散的单位通过导体的事实。

散粒噪声的大小取决于电子的数目和速度，以及它们之间的相互作用。如果电子之间没有相互作用，那么散粒噪声的大小就是由泊松分布决定的，即电子的通过是一个随机的泊松过程，类似于放射性衰变。如果电子之间有相互作用，那么散粒噪声的大小就会受到影响，因为电子的通过会受到前后电子的影响，类似于一个排队的过程。

散粒噪声是一种非常有用的工具，因为它可以揭示电子的输运机制和相互作用的性质。例如，通过测量散粒噪声，我们可以判断电子是以单个的电子通过，还是以一些复合的激发通过，比如库珀对、极化子、磁子等。我们还可以判断电子的相互作用是弱的还是强的，是吸引的还是排斥的，是短程的还是长程的等。

最近有一篇论文，作者测量了一种重费米子奇异金属YbRh2Si2的纳米线的散粒噪声。YbRh2Si2是一种具有强关联效应的材料，它在低温下表现出奇异金属的行为，即电阻率随温度线性增加。它还在一个很低的温度下发生了一个量子相变，从一个反铁磁相变成了一个无磁相。这个量子相变可以通过改变磁场或压力来调节，从而实现对量子临界点的控制。

作者制备了一些YbRh2Si2的纳米线，它们的直径约为100纳米，长度约为1微米。他们用一个低温的噪声测量装置来测量纳米线的散粒噪声，同时改变温度和磁场。他们发现，在奇异金属相中，散粒噪声比普通金属的散粒噪声要低得多，而且随着温度的降低而减小。

这种散粒噪声的抑制不能用电子-声子或电子-电子相互作用来解释，因为这些相互作用会增加散粒噪声的大小。作者认为，这种散粒噪声的抑制表明，在奇异金属相中，电流不是由明确定义的准粒子来携带的，而是由一些不确定的、液态的、强关联的激发来携带的。这些激发可能是由量子涨落产生的，它们的性质还不清楚。