物理學家首次在奇異物質中觀察到“惡魔”等離激元

研究一種奇異材料的物理學家偶然發現了幾十年前預測的一個重要量子現象。

它叫松樹惡魔，1956年預測作者：已故物理學家大衛·派恩斯，以及它在一種名為釕酸鍶（高級₂若歐₄）標志著它首次在平衡3D金屬中被識別出來。

由于松樹惡魔被預測在廣泛的現象中發揮重要作用，例如特定種類的半金屬和超導電性，這項工作對材料物理學具有重要意義。

“我們偶然發現了這個東西，”伊利諾伊大學的物理學家Peter Abbamonte在描述這一發現的演講中說。

“我們在2018年看到這種興奮，花了一段時間才弄清楚它是什么，結果證明是這種惡魔模式。

通常在科學中，”惡魔“是科學家和哲學家在思想實驗中反對的假設對手，但松樹的惡魔卻完全不同。

它實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聲音的量子模擬經典氣體.

派恩斯將這種等離子體命名為“惡魔”，以紀念詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell），他構思了麥克斯韋的惡魔，因為它是一個獨特的電子運動，或 D.E.M.

當聲波在一組粒子中擺動時，隨著抖動停止，它會慢慢安靜下來。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。

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

沒有能量的轉移，但樂隊的占用發生了變化。“惡魔”是一種被抑制的中立集體模式，或者篩選，由另一個電子帶。

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

在低溫下，該材料充當超導體.在較高的溫度下，它會變得有點奇怪，并變成所謂的壞金屬，其屬性不一定按照我們預期的方式運行。

根據物理學家阿里·侯賽因（Ali Husain）領導的一個團隊的說法，他以前在美國伊利諾伊大學，現在在加拿大不列顛哥倫比亞大學，它也是識別惡魔的絕佳候選者 - 具有三個嵌套的電子帶，其中兩個與1956年最初對惡魔的概念形成鮮明對比。

侯賽因正在用電子能譜法研究釕酸鍶，當時他在數據中發現了一些看起來像準粒子– 也就是說，表現得像粒子的集體激發。

有不少已知的準粒子，但研究人員發現的與它們中的任何一個都不匹配。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。

后續分析表明，最有可能的候選者是惡魔;該團隊甚至能夠復制檢測結果。對其一些特性的研究提出了一些問題。

例如，阻尼效應比預期的要小，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，但后續研究肯定已經成熟，特別是因為惡魔可能在超導性中發揮至關重要的作用。

研究人員認為，其他多波段金屬可能是研究它們的好地方，以觀察它們在一系列情況下的行為如何變化，并且掃描電子顯微鏡可以進行更高分辨率的研究。

他們希望這可以回答他們的新問題，并有助于設計一個更完整、更復雜的惡魔理論。

該研究已發表在自然界.

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