Ученые из Университета Райса совершили прорыв в изучении «странных металлов»* — материалов, нарушающих традиционные законы электричества и магнетизма. Их исследование, опубликованное в Nature Communications, показало, что электроны в таких металлах достигают пика квантовой запутанности в критической точке перехода между состояниями вещества. Это открытие, сделанное с помощью инструмента квантовой информатики — квантовой информации Фишера (QFI), проливает свет на экзотическое поведение этих материалов.
«Странные металлы», в отличие от обычных, таких как медь, демонстрируют необычные свойства, особенно при низких температурах. Исследователи использовали теоретическую модель решетки Кондо, чтобы изучить, как магнитные моменты взаимодействуют с электронами. В критической точке квазичастицы, отвечающие за электрическое поведение, исчезают, а запутанность электронов достигает максимума. Этот подход, объединяющий квантовую информатику и физику конденсированных сред, открывает новые пути для изучения сложных материалов.
Результаты исследования совпали с экспериментальными данными, подтверждая ключевую роль квантовой запутанности. Понимание «странных металлов» может привести к прорывам в создании высокотемпературных сверхпроводников, способных передавать электричество без потерь, что революционизирует энергетику. Кроме того, это исследование демонстрирует потенциал применения квантовых информационных инструментов в изучении других экзотических материалов, что может быть полезно для будущих квантовых технологий.
В команду вошли Юань Фанг, Имин Ван, Моуника Маханкали, Лэй Чен (Райс), Хаоюй Ху (Международный физический центр Доностии) и Силке Пасхен (Венский технологический университет).
Чимяо Си является профессором физики и астрономии в Университете Райса. Фото: Джефф Фитлоу/Университет Райса.
* «Странные металлы» — это класс материалов, которые демонстрируют необычные электронные свойства, отличающиеся от поведения обычных металлов. Их название связано с тем, что их свойства не укладываются в рамки традиционных теорий, таких как теория Ферми-жидкости, которая успешно описывает поведение электронов в большинстве металлов.
«Странные металлы» часто обнаруживаются вблизи фазовых переходов, связанных с появлением сверхпроводимости. Например, высокотемпературные сверхпроводники на основе купратов (медьсодержащих соединений) демонстрируют свойства странных металлов в нормальном состоянии (выше температуры сверхпроводящего перехода). Это наводит на мысль, что необычное поведение электронов в странных металлах может быть ключом к пониманию механизмов высокотемпературной сверхпроводимости.
Дополнительная информация: Yuan Fang et al, Amplified multipartite entanglement witnessed in a quantum critical metal, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-57778-7
Источник: Quantum entanglement reveals strange metals’ unique electron behavior at critical point