Une étude révèle un décalage de pic acoustique quantique de Drude dans des métaux étranges

Des chercheurs de l'Université Harvard, de l'Université Sabanci et de l'Université de Pékin ont récemment rassemblé des résultats qui pourraient faire la lumière sur l'origine des pics d'absorption à haute température observés dans les métaux étranges, une classe de matériaux présentant des propriétés électroniques inhabituelles qui ne sont pas conformes à la théorie conventionnelle de les métaux.

Leur article, publié dans Lettres d'examen physiquemontre spécifiquement que le désordre dynamique du réseau dans les métaux étranges les oriente vers un comportement physique non Drude associé à ces pics d'absorption à haute température.

“Un concept clé derrière nos derniers travaux est l'acoustique quantique – un cadre récemment développé parallèlement à l'optique quantique – qui établit un traitement non perturbateur dépendant du temps de l'interaction électron-phonon dans l'espace réel, mettant l'accent sur la nature ondulatoire des vibrations du réseau et permettant par conséquent nous pour explorer des territoires inexplorés de la dynamique du réseau électronique”, a déclaré Joonas Keski-Rahkonen, co-auteur de l'article, à Phys.org.

“Notre objectif général était de démontrer la puissance de cette nouvelle approche, qui a toujours été disponible en principe, mais qui n'a jamais été pleinement utilisée auparavant.”

L'objectif principal des travaux récents de Keski-Rahkonen et de ses collègues était d'étudier ce que l'on appelle le déplacement du pic de Drude. Il s’agit d’un déplacement du maximum de conductivité optique vers des fréquences plus élevées avec des températures croissantes, ce qui a été signalé dans divers matériaux considérés comme des métaux étranges.

Les chercheurs ont également cherché à démontrer comment le déplacement du pic Drude se forme dans ces matériaux. Plus précisément, ils ont émis l’hypothèse que cela résulte de l’interaction d’électrons avec des degrés de liberté fluctuants du réseau.

“Un point de départ pour nous est le modèle standard de Fröhlich, largement utilisé pour décrire la dynamique du réseau électronique”, a expliqué Keski-Rahkonen. “Cependant, nous l'exprimons dans le cadre de l'image d'état cohérente qui est le double partenaire de la description traditionnelle de l'état des nombres, mais qui inspire des approximations très différentes. En termes simples, nous traitons les vibrations du réseau comme des ondes plutôt que comme des phonons individuels.”

Le cadre quantique-acoustique utilisé par les chercheurs les a amenés à décrire l'interaction entre les électrons et le réseau d'un matériau comme un paysage de « collines » et de « vallées » en évolution et en propagation, appelé « potentiel de déformation ». Ils ont proposé que les électrons se déplacent et se dispersent dans ce paysage en évolution rapide.

Par la suite, Keski-Rahkonen et ses collègues ont calculé numériquement la conductivité optique correspondante pour trois métaux étranges prototypiques dans une large plage de températures. Pour ce faire, ils ont utilisé la formule commune de Kubo, une construction théorique utilisée pour calculer les fonctions de réponse linéaire dans les systèmes physiques quantiques et classiques.

“Les travaux actuels abordent la question spécifique de savoir si les pics de Drude déplacés (DDP) observés expérimentalement pourraient provenir, même en principe, de vibrations de réseau, qui sont généralement rejetées comme mécanisme possible pour d'étranges énigmes métalliques”, a déclaré Keski- » dit Rahkonen.

“Ce travail montre que la réponse est définitivement oui, car sans aucun réglage fin, aucun paramètre de piégeage ou d'ajustement, nous avons introduit le phénomène de déplacement de pic de Drude quantique-acoustique, qui implique le déplacement et l'élargissement dépendant de la température. pic de conductivité optique à des fréquences finies, en accord quantitatif avec les preuves expérimentales.

La récente étude de Keski-Rahkonen et de ses collaborateurs pourrait constituer une étape importante vers une meilleure compréhension des métaux étranges et de leur physique unique. En outre, leurs résultats suggèrent qu'un processus de localisation transitoire pourrait être à l'origine du DDP, en particulier une subtile montée et descente de la localisation d'Anderson des électrons provoquée par un champ de désordre dynamique provoqué par les vibrations thermiques du réseau.

“Nous considérons cela comme l'une des premières étapes sur la voie de l'acoustique quantique”, a ajouté Keski-Rahkonen. “Une question de suivi naturelle est de savoir quels autres mystères étranges du métal nous pouvons résoudre avec ce nouvel outil brillant dont nous disposons.

“En dehors du milieu des métaux étranges, nous avons déjà montré comment la théorie du transport des “métaux ordinaires” surgit dans le cadre de l'acoustique quantique.

“Une autre voie de recherche intéressante serait d'étudier l'acoustique quantique dans le contexte des semi-conducteurs, par exemple, pour étudier la naissance et l'évolution des polarons avec nos outils.”

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