陽明交大解開物理界凝態謎團!解釋「奇異金屬」現象形成機制

作者 | 發布日期 2022 年 03 月 04 日 10:43 | 分類 尖端科技 , 材料 , 科技教育 Telegram share ! follow us in feedly


陽明交大電子物理系教授仲崇厚團隊,解開凝態物理界謎團,成功解釋稀土族磁性金屬化合物再極低溫時,其電子之電荷與自旋受量子力學擾動,而產生的「奇異金屬」現象形成機制,意味在基礎科學研究上取得重大突破。

陽明交大電子物理系教授仲崇厚,帶領博士後研究員王江帆、張永業,研究成果登上國際頂級期刊《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences,PNAS),為國內首度基礎理論物理團隊獨力完成,並獲得 PNAS 刊登的研究,極具指標。

仲崇厚表示,近 30 多年來,許多不同的新穎磁性金屬化合物,例如高溫超導體、鐵基超導體、稀土族金屬與超導體等,其電子間有很強的關聯交互作用,它們在超導態尚未形成時的低溫狀態下都會出現有別於普通金屬的奇異金屬性質,其共同特點為隨溫度降低其電阻率呈現與溫度接近線性的方式下降、比熱係數以溫度的對數方式上升,這種廣泛出現且新穎的物質狀態形成原因與機制,至今仍是凝態物理界公認待解決的重要謎團之一。

仲崇厚指出,該謎團具備實驗證據非常充分、理論解釋待建立,知其然而不知其所以然的特徵,正是理論物理研究者的好機會,團隊自 2017 年起建構新的微觀理論計算模型,經多年努力終獲突破性研究成果,成功解釋稀土族「鈰鈀鋁」金屬化合物(CePdAl)中發現的「奇異金屬相」,一種更令人費解但穩定存在的量子基態。

▲ 陽明交大解開物理界凝態謎團。(Source:陽明交大)

仲崇厚說明,在巨觀尺度下,水的存在方式有三相,分別為固態相(冰)、液態相(水)、氣態相(水蒸氣),而在微觀原子尺度下,量子力學造成上述強關聯物質或材料在低溫時出現意料之外的新樣態,稱之為「量子相態」,奇異金屬相可視為一種在低溫時因量子臨界擾動現象而產生的新穎物質狀態「量子臨界相」,是一種電子間高度量子糾纏的新物質狀態,研究此一課題有助於從基礎理解因量子力學而出現的這些新而奇特的物質狀態,一探量子世界的奧秘。

稀土族材料中具有活躍的導電電子及不活躍的局域不導電電子,團隊發現奇異金屬現象產生的原因為系統處於因這兩種電子產生的兩種磁性交互作用、相互競爭下不穩定的量子臨界點附近,有趣的是,原本不穩定的量子態在特殊對稱性下可成為穩定存在的量子臨界相,其理論同時解釋了鈰鈀鋁金屬化合物中出現的兩種奇異金屬性質及其穩定存在的量子臨界相,成功解開這類材料中出現奇異金屬相的謎團,也對解開近 30 年來其他奇異金屬態形成之謎向前邁進一大步。

仲崇厚強調,PNAS 為國際頂尖綜合性科學期刊,由美國國家科學院院士主導編輯與審查程序,過程嚴謹,有相當高的學術價值及學術影響力,其刊出論文多以國際頂尖研究團隊實驗研究成果為主,本論文為純理論研究且無跨國合作優勢,獲得本論文編輯、英國牛津大學物理系教授 Seamus Davis 及評審們的肯定更顯珍貴,團隊將持續發展獨立研發理論,期在基礎研究上深入而全面地解釋新穎而奇特的量子現象。

(首圖來源:陽明交大)