Физики объяснили сдвиг пика Друде в странных металлах

Физики из Китая, США и Турции объяснили сдвиг пика Друде в странных металлах в рамках квантово-акустического формализма. Согласно их теории, этот сдвиг происходит из-за динамического беспорядка кристаллической решетки. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

До 80-х годов прошлого века электронный транспорт в металлах успешно описывался теорией Пауля Друде, разработанной еще в 1900 году. Однако в 1986 году ученые обнаружили купраты — материалы, свойства которых не объяснялись существующей теорией. Позже класс таких веществ стали называть странными металлами. По сравнению с диэлектриками, электроны в странных металлах уже свободны, однако их подвижность ниже, чем в обычных металлах. Эти материалы обладают интересными свойствами — в частности, купраты демонстрируют крайне высокие температуры сверхпроводимости при нормальном давлении. Поэтому ученые пытаются разработать теорию для описания их поведения.

Одной из таких теорий может стать квантовая акустика — сравнительно новое направление, в рамках которого физики рассматривают явления на уровне отдельных колебаний кристаллической решетки — фононов. Этот формализм физики ранее уже использовали, например, чтобы описать эффекты, возникающие между кубитом и механическими резонаторами.

Йоонас Кески-Раконен (Joonas Keski-Rahkonen) из Гарвардского университета совместно с физиками из Китая, США и Турции исследовал поведение странных металлов в рамках квантово-акустического формализма. Они рассмотрели взаимодействие электронов с кристаллической решеткой странных металлов, как изменяющееся и распространяющееся поле холмов и долин потенциала деформации. Ученые предположили, что электроны движутся и рассеиваются в этом поле.

Физики численно рассчитали соответствующую их теории оптическую проводимость для трех прототипов странных металлов — LSCO, Bi-2212 и Sr₃Ru₂O₇ — в широком диапазоне температур. Для этого ученые использовали общую формулу Кубо — теоретическую конструкцию для расчета линейных функций отклика в квантовых и классических физических системах.

В результате ученые показали, что сдвиг максимума оптической проводимости — пика Друде — в странных металлах при повышении температуры можно описать при помощи квантово-акустической теории. Расчеты ученых совпали с результатами экспериментальных работ.

Физики ищут теорию, которая поможет описать удивительные свойства необычных материалов. Например, таких, как магический двуслойный графен, который проявил свойства странных металлов.