ОКО ПЛАНЕТЫ > Версия для печати > «Плохие металлы» ведут себя странно из-за «исчезающих» электронов

Обычно по мере нагревания металла его проводимость падает. Правда, так ведут себя не все металлы: некоторые остаются приличными проводниками даже при высоком нагреве. Но что потенциально хорошо для инженеров, часто плохо для учёных...

...Ибо подобная аномально высокая проводимость давно «раздражает» науку, поскольку не имеет внятного теоретического объяснения. Оттого соответствующие металлы даже прозвали «плохими».

И вот теперь Шрирам Раманатан (Shriram Ramanathan) из Гарвардского университета (США) и его коллеги предложили своё видение проблемы. Чтобы проводить ток, металлам и соединениям на их основе нужны свободные электроны с определённой энергией. По мере роста температуры, в соответствии принципом неопределённости Гейзенберга, электроны всё чаще рассеиваются друг на друге, и их энергия теряет конкретное значение: проводимость пропадает.

Где же в этой картине место «плохим металлам»?

а. Изменения в температуре и степени неупорядоченности материала вызывают длительные сдвиги в количестве электронов, обеспечивающих проводимость. b. «Плохие металлы» и обычные металлы по-разному реагируют на рост температуры или степени неупорядоченности. (Иллюстрация R. Jaramillo et al.)

Проведя эксперименты на одном из них, никелате самария, учёные пришли к выводу, что из-за внесения беспорядка в его структуру свободные электроны в таких материалах могут временно «исчезать», снижая концентрацию себе подобных и тем самым уменьшая вероятность взаимного рассеивания электронов. Благодаря этому они избегают нарушения принципа неопределённости, одновременно продолжая проводить при высоких температурах.

Но куда «исчезают» электроны? Авторы работы высказывают предположение, что их временное взаимодействие с фононами, интенсивнее бороздящими материалы с ростом температуры, может быть причиной их недолгого «выключения» из баланса свободных электронов. Впрочем, создание всеобъемлющего теоретического описания такого взаимодействия пока только предстоит.

Но даже несмотря на это, понимание связи между степенью неупорядоченности материалов и их склонностью к высокотемпературной проводимости способно заметно продвинуть материаловедение, дав ему новые возможности в создании эффективных соединений такого рода.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Physics.

Подготовлено по материалам Phys.Org.