阳明交大解开物理界凝态谜团!解释“通用金属”现象形成机制

阳明交大电子物理系教授仲崇厚团队,解开凝态物理界谜团,成功解释稀土族磁性金属化合物再极低温时,其电子之电荷与自旋受量子力学扰动,而产生的“通用金属”现象形成机制,意味在基础科学研究上取得重大突破。

阳明交大电子物理系教授仲崇厚,带领博士后研究员王江帆、张永业,研究成果登上国际顶级期刊《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences,PNAS),为国内首度基础理论物理团队独力完成,并获得PNAS刊登的研究,极具指标。

仲崇厚表示,近30多年来,许多不同的新颖磁性金属化合物,例如高温超导体、铁基超导体、稀土族金属与超导体等,其电子间有很强的关联交互作用,它们在超导态尚未形成时的低温状态下都会出现有别于普通金属的通用金属性质,其共同特点为随温度降低其电阻率呈现与温度接近线性的方式下降、比热系数以温度的对数方式上升,这种广泛出现且新颖的物质状态形成原因与机制,至今仍是凝态物理界公认待解决的重要谜团之一。

仲崇厚指出,该谜团具备实验证据非常充分、理论解释待创建,知其然而不知其所以然的特征,正是理论物理研究者的好机会,团队自2017年起构建新的微观理论计算模型,经多年努力终获突破性研究成果,成功解释稀土族“铈钯铝”金属化合物(CePdAl)中发现的“通用金属相”,一种更令人费解但稳定存在的量子基态。

阳明交大解开物理界凝态谜团。 (Source:阳明交大)

仲崇厚说明,在巨观尺度下,水的存在方式有三相,分别为固态相(冰)、液态相(水)、气态相(水蒸汽),而在微观原子尺度下,量子力学造成上述强关联物质或材料在低温时出现意料之外的新样态,称之为“量子相态”,通用金属相可视为一种在低温时因量子临界扰动现象而产生的新颖物质状态“量子临界相”,是一种电子间高度量子纠缠的新物质状态,研究该课题有助于从基础理解因量子力学而出现的这些新而奇特的物质状态,一探量子世界的奥秘。

稀土族材料中具有活跃的导电电子及不活跃的局域不导电电子,团队发现通用金属现象产生的原因为系统处于因这两种电子产生的两种磁性交互作用、相互竞争下不稳定的量子临界点附近,有趣的是,原本不稳定的量子态在特殊对称性下可成为稳定存在的量子临界相,其理论同时解释了铈钯铝金属化合物中出现的两种通用金属性质及其稳定存在的量子临界相,成功解开这类材料中出现通用金属相的谜团,也对解开近30年来其他通用金属态形成之谜向前迈进一大步。

仲崇厚强调,PNAS为国际顶尖综合性科学期刊,由美国国家科学院院士主导编辑与审查程序,过程严谨,有相当高的学术价值及学术影响力,其刊出论文多以国际顶尖研究团队实验研究成果为主,本论文为纯理论研究且无跨国合作优势,获得本论文编辑、英国牛津大学物理系教授Seamus Davis及评审们的肯定更显珍贵,团队将持续发展独立研发理论,期在基础研究上深入而全面地解释新颖而奇特的量子现象。

(首图来源:阳明交大)

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