《科学》：低温让电子增重千倍
2007-11-05 12:04
图片说明：CeIrIn5的分子模型，其中红色、金色和蓝色分别代表铈、铱和铟。
（图片来源：Rutgers University）
美国科学家的一项最新计算机模拟研究表明，在温度接近绝对零度时，某些金属化合物中的电子质量可以增加1000倍。该研究成果有望加深科学家对超导原理的理解，并为新型超导材料的开发提供新的线索。相关论文11月1日在线发表于《科学》杂志上。
进行该项研究的是美国罗格斯大学的物理学家，他们在论文中描述了，当温度接近所有运动都会停止的绝对零度时，电子如何与强相关化合物材料中的其它粒子相互作用，从而转变为所谓的“重费米子流体”（heavy fermion fluid）。
实际上，在针对铜酸盐高温超导材料的研究中，物理学家曾经发现过类似的现象。不过，由于掺杂导致晶体结构混乱，科学家并没有得到接近绝对零度时电子行为的清晰认识。
在最新的研究中，罗格斯大学的物理学家利用了一种不用掺杂的金属晶体化合物——CeIrIn5，并研究了其中的电子在温度降低时的状态变化。论文作者之一的Kristjan Haule表示，“这种化合物之于我们就好比果蝇之于遗传学家，它们都是易于制造（培养）而且结构简单，能够带来关于物质属性的清晰认识。”
由于这些特殊的化合物中具有强相互作用电子，因此它们无法用通常的理论（即认为电子很大程度上是一个个独立的实体）加以解释。在谈到为何这些电子会加重时，Haule表示，“铈原子f轨道电子在室温下与原子核紧密结合，当温度降低时，这些电子会表现出相干行为，并从原有位置脱离出来。当温度低于50K时，研究人员能够清晰地观测到这些电子之间或者与自由电子发生相互作用所产生的准粒子（quasiparticles）。（科学网 任霄鹏/编译）
（《科学》（Science），DOI: 10.1126/science.1149064，J. H. Shim, K. Haule, G. Kotliar）
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