每當電流通過導線，電子碰撞會不可避免導致部分能量以熱量形式損失，並增加某些純淨材料電阻率，但不清楚是否存在物理極限。現在，新研究首表明由電子碰撞引起的電阻存在基本上限——電阻率不會隨碰撞強度無止盡升高，而是達到某個程度後飽和。
當自由電子在晶格內移動，會因與聲子（晶格振動）、雜質、其他電子碰撞而損失能量（轉成熱），對某些極度純淨的材料來說，電子之間碰撞是主要的電阻來源。而物理學家長期好奇，電子彼此碰撞產生的電阻是否存在理論上限值？如果碰撞越來越強，電阻會無限增加，還是「封頂」？
科學家應該可直接研究電子來解決這問題，問題是電子在金屬材料內密度極高，很難精確控制交互作用，因此難單獨拉出「碰撞強度」變因進行系統性實驗。
來自多倫多大學、巴黎高等師範學院、理海大學的研究團隊於是改用超冷鉀原子作為電子替代品，將原子冷卻到接近絕對零度後放入由雷射光構成的光晶格，讓原子像電子在固體中移動一樣運作，這種人造系統可精準調控原子碰撞頻率，重現一般固態材料無法達到的極端條件。
觀察結果表明，原子間交互作用強度增加到一定程度後，碰撞造成的電阻便不再持續上升，而是趨於平緩達到飽和點，暗示金屬內電子散射造成的電阻率也存在類似上限，不會無限增加，為電阻微觀極限提供罕見實驗證據。
這項成果有助物理學家更理解低密度金屬的電阻機制，並為研究強關聯電子系統（表現出反常電阻行為）、量子材料研究開啟新方向。
此外，電阻會使能量轉為熱能損耗，理解電阻上限對材料設計、能源效率也有實際意義，尤其是未來開發高性能量子材料或低損耗電子元件。
（首圖來源：pixabay）
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