物理學(xué)家在釕酸鍶中觀察到一個(gè)“惡魔”等離激元

研究一種奇異材料的物理學(xué)家偶然發(fā)現(xiàn)了幾十年前預(yù)測(cè)的一個(gè)重要量子現(xiàn)象。

它叫松樹惡魔，1956年預(yù)測(cè)作者：已故物理學(xué)家大衛(wèi)·派恩斯，以及它在一種名為釕酸鍶（高級(jí)₂若歐₄）標(biāo)志著它首次在平衡3D金屬中被識(shí)別出來。

由于松樹惡魔被預(yù)測(cè)在廣泛的現(xiàn)象中發(fā)揮重要作用，例如特定種類的半金屬和超導(dǎo)電性，這項(xiàng)工作對(duì)材料物理學(xué)具有重要意義。

“我們偶然發(fā)現(xiàn)了這個(gè)東西，”伊利諾伊大學(xué)的物理學(xué)家Peter Abbamonte在描述這一發(fā)現(xiàn)的演講中說。

“我們?cè)?018年看到這種興奮，花了一段時(shí)間才弄清楚它是什么，結(jié)果證明是這種惡魔模式。

通常在科學(xué)中，”惡魔“是科學(xué)家和哲學(xué)家在思想實(shí)驗(yàn)中反對(duì)的假設(shè)對(duì)手，但松樹的惡魔卻完全不同。

它實(shí)際上是一種等離激元 - 在電子群中蕩漾的離散波單元。等離激元被描述為聲學(xué)聲音的量子模擬經(jīng)典氣體.

派恩斯將這種等離子體命名為“惡魔”，以紀(jì)念詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell），他構(gòu)思了麥克斯韋的惡魔，因?yàn)樗且粋€(gè)獨(dú)特的電子運(yùn)動(dòng)，或 D.E.M.

當(dāng)聲波在一組粒子中擺動(dòng)時(shí)，隨著抖動(dòng)停止，它會(huì)慢慢安靜下來。然而，作為量子“聲音”，等離激元是非常全有或全無的。頻率的每次增加都需要非常特定的能量。

松樹的惡魔是一個(gè)等離激元頻率，沒有成本電荷.當(dāng)材料中具有不同能量范圍的電子或樂隊(duì)，移出相位。

沒有能量的轉(zhuǎn)移，但樂隊(duì)的占用發(fā)生了變化。“惡魔”是一種被抑制的中立集體模式，或者篩選，由另一個(gè)電子帶。

等離激元已經(jīng)看到并廣泛研究在2D金屬中，但由于它們是電中性的并且不與光耦合，因此很難檢測(cè)到。這就把我們帶到了鍶釕酸。

在低溫下，該材料充當(dāng)超導(dǎo)體.在較高的溫度下，它會(huì)變得有點(diǎn)奇怪，并變成所謂的壞金屬，其屬性不一定按照我們預(yù)期的方式運(yùn)行。

根據(jù)物理學(xué)家阿里·侯賽因（Ali Husain）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)的說法，他以前在美國(guó)伊利諾伊大學(xué)，現(xiàn)在在加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)，它也是識(shí)別惡魔的絕佳候選者 - 具有三個(gè)嵌套的電子帶，其中兩個(gè)與1956年最初對(duì)惡魔的概念形成鮮明對(duì)比。

侯賽因正在用電子能譜法研究釕酸鍶，當(dāng)時(shí)他在數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一些看起來像準(zhǔn)粒子– 也就是說，表現(xiàn)得像粒子的集體激發(fā)。

有不少已知的準(zhǔn)粒子，但研究人員發(fā)現(xiàn)的與它們中的任何一個(gè)都不匹配。它的速度太快了，無法成為聲子;而且太慢，不能成為表面等離子體。

后續(xù)分析表明，最有可能的候選者是惡魔;該團(tuán)隊(duì)甚至能夠復(fù)制檢測(cè)結(jié)果。對(duì)其一些特性的研究提出了一些問題。

例如，阻尼效應(yīng)比預(yù)期的要小，并且不同的電子能帶中存在奇怪的空穴。

目前，這幾乎是研究的所在，但后續(xù)研究肯定已經(jīng)成熟，特別是因?yàn)閻耗Э赡茉诔瑢?dǎo)性中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

研究人員認(rèn)為，其他多波段金屬可能是研究它們的好地方，以觀察它們?cè)谝幌盗星闆r下的行為如何變化，并且掃描電子顯微鏡可以進(jìn)行更高分辨率的研究。

他們希望這可以回答他們的新問題，并有助于設(shè)計(jì)一個(gè)更完整、更復(fù)雜的惡魔理論。

該研究已發(fā)表在自然界.

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