Современная химия




Теория суперструн объясняет поведение «странных металлов»

теория суперструн объясняет поведение «странных металлов»

Теория суперструн, которая, как надеются многие физики, сможет объединить в единую физическую картину гравитационные явления и квантовую механику, наконец-то нашла применение в науках о материалах.

Выкладки теории суперструн, предсказывающие существование черных дыр определенного типа, могут оказаться полезными для объяснения свойств таких материалов, как «странные металлы» («strange metals».

Электрическое сопротивление странных металлов линейно зависит от температуры, в то время как для обычных металлов зависимость сопротивления от температуры представляет собой квадратичную функцию. В этих материалах также наблюдаются энергетические возбуждения, которые приписываются появлению короткоживущих частиц.

К странным металлам относятся высокотемпературные сверхпроводники, которые не обладают электрическим сопротивлением ниже критической температуры, за которую зачастую принимается температура кипения жидкого азота (−196 °C). Свойства этих материалов являются загадкой для физиков уже два десятка лет – свойства странных металлов нельзя объяснить, применяя описывающую свойства обычных металлов, модель жидкости Ферми.

В 2003 году Субир Сачдев (Subir Sachdev) из Гарварда разработал новую модель, получившую название фракционированной жидкости Ферми [fractionalized Fermi liquid (FFL)], позволявшую описать некоторые свойства странных металлов, например, зависимость их сопротивления от температуры [1]. В отличие от обычной модели жидкости Ферми в модели FFL допускается возможность взаимодействия электронных спинов в сверхпроводнике.

В новой работе [2] продемонстрировал, что многие характеристики модели FFL близки характеристикам, приписываемым черным дырам в рамках теории суперструн. Сачдев отмечает, что хотя пока еще рано говорить о том, что теория суперструн может объяснить поведение и свойства странных металлов, у него есть надежда на объединение двух теорий, по его словам, такое объединение может привести к развитию принципиально новых перспектив в теоретической физике.

Работы Сачдева основаны на выкладках физика-теоретика Джона МакГриви (John McGreevy), который в 2009 году впервые применил AdS/CFT-соответствие теории суперструн к странным металлам AdS/CFT-соответствие устанавливает связь между супергравитацией в пространстве анти-деСиттера (AdS) и суперсимметричной теорией Янга-Миллса, которая является конформно-инвариантной теорией поля (CFT). Пространство анти-деСиттера является решением уравнений гравитации Эйнштейна-Гильберта с постоянной отрицательной кривизной. Сам МакГриви допускал, что изучаемые им в рамках AdS/CFT-подхода квантовые системы являлись исключительно абстрактными – они обладали непрерывно изменяющимися в пространстве свойствами, хотя для квантовых систем изменение свойств должно быть дискретным.

По словам МакГриви, Сачдев выбрал более реалистичную модель – приложив свойства гравитационного объекта – варианта черной дыры к квантовой системе с дискретно изменяющимися вдоль кристаллической решетки странного металла свойствами. МакГриви отмечает, что хотя и использованное Сачдевым допущение еще далеко от применение к реальному материалу, работу Сачдева можно рассматривать как уверенный шаг в правильном направлении.

Таким образом, появляется надежда на использование закономерностей теории суперструн в улучшении модели FFL. Одна из проблем модели фракционированной жидкости Ферми заключается в том, что она предсказывает существование ненулевого энтропийного состояния при абсолютном нуле, что нарушает третий закон термодинамики. Сачдев подчеркивает, что сам он всегда считал этот вывод недостатком своих теоретических выкладок, хотя некоторые коллеги-физики были склонны рассматривать эту черту модели FFL как достоинство, позволяющее переходить к описанию свойств реальных материалов.

В последней работе Сачдев продемонстрировал, что применение теории суперструн к модели FFL также приводит к нарушению третьего закона термодинамики при абсолютном нуле. Он подчеркивает, что появление старой проблемы при использовании принципиально новых физического и математического подхода может говорить о том, что предсказываемый эффект указывает на какое-то противоречие между теоретической моделью и реальными объектами, для исследования которых она создана, однако это еще предстоит выяснить.

МакГриви заявляет, что теоретические выкладки Сачдева сами сигнализируют о своей нестабильности – возможная причина несоответствия модели и третьего закона термодинамики может заключаться в том, что при температуре около абсолютного нуля странные металлы могут переходить в другое фазовое состояние, тем более, что в районе абсолютного нуля переходы из страннометаллического в обычное сверхпроводимое состояние уже наблюдались экспериментально [3].

МакГриви, однако, подчеркивает, что даже если теория суперструн поможет специалистам по конденсированной материи описать свойства странных металлов, это не будет автоматически означать, что теория суперструн представляет собой адекватное описание фундаментальных частиц и гравитации, но, тем не менее, можно будет говорить о том, что областей применения этой теории гораздо больше, чем планировалось ранее.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Новинки полимеров:

УТЕПЛИТЕЛЬ ДОЛЖЕН ОБЛАДАТЬ НУЛЕВОЙ ГИГРОСКОПИЧНОСТЬЮ?

News image

В России начали производить синтетические материалы с новыми свойствами, которые раньше в утеплителе даже не анализировались. Если ещё недав...

К НЕПРЕРЫВНОМУ ЦИКЛУ: будущее переработки пластмасс

News image

Пример, представленный в виде диаграммы, изображен на рисунке 1 - Примеры линейных операций. Данные методики быстро развиваются не для того, чтоб...

ПЕНОПОЛИСТИРОЛ В НАВЕСНЫХ ВЕНТИЛИРУЕМЫХ ФАСАДАХ

News image

Это относится как к реконструкционным работам, так и к новому строительству. Многоквартирный жилой дом, сооруженный в 50-х годах прошлого века, и со...

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

News image

- В 2010 г. наблюдательный совет РОСНАНО одобрил участие Корпорации в проекте по расширению производства модификатора асфальтобетонных смесей «Унире...

Новые продукты оргсинтеза:

НОВЫЕ ЗАМЕНИТЕЛИ АРЕ

News image

Кроме того, алкилфенолэтоксилаты применяют в производстве универсальных пигментных концентратов. Это водно-дисперсионные пигментные пасты, предназначенные для колеровки как водно-дисперсионных, так ...

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ФРУКТОВЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ

News image

Современные технологии производства фруктовых наполнителей позволяют получать продукт с различными органолептическими и физико-химическими показателями, с высокой степенью термостабильности - от мин...

РЕШЕНИЯ BASF ДЛЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ ПИВА

News image

Компания BASF представила разработки в технологических вспомогательных средств для фильтрации, используемых в производстве пива, на выставке Brau Beviale (г. Нюрнберг, Германия) Потребители при...

Авторизация



YOU ARE HERE: Главная - Новости неорганической химии - Теория суперструн объясняет поведение «странных металлов»

Великие химики:

КАРНО (Carnot), Никола Леонар Сади

News image

Французский физик и военный инженер Никола Леонар Сади Карно, один из основателей термодинамики, родился в Париже в семье видного государственного д...

АСТОН (Aston), Фрэнсис Уильям

News image

Английский химик Фрэнсис Уильям Астон родился в Харборне, близ Бирмингема, в семье Уильяма Астона, фермера и торговца скобяными изделиями, и Фанни Ш...

Институты химии:

Институт белка РАН

News image

Институт белка РАН организован по Постановлению Президиума АН СССР 9 июня 1967 г. с целью развертывания фундаментальных исследований по проблеме бел...

Новосибирский институт биоорганической химии СО РАН

News image

Новосибирский институт биоорганической химии СО РАН был организован 1 апреля 1984 года на базе Отдела биохимии Новосибирского института органической...