Physiker der Rice University haben mit Hilfe der Quanteninformationswissenschaft einen Durchbruch beim Verständnis seltsamer Metalle erzielt, Materialien, die sich den konventionellen Regeln von Elektrizität und Magnetismus widersetzen. Die in Nature Communications veröffentlichte Studie zeigt eine erhöhte Elektronenverschränkung an einem kritischen Punkt und bietet Einblicke in das Verhalten dieser rätselhaften Materialien.
Unter der Leitung von Qimiao Si verwendete das Team die Quanten-Fisher-Information (QFI), um die Entwicklung der Elektroneninteraktion unter extremen Bedingungen zu messen. Ihre Forschung deutet darauf hin, dass die Elektronenverschränkung, ein zentrales Quantenphänomen, an einem quantenkritischen Punkt ihren Höhepunkt erreicht – dem Übergang zwischen zwei Materiezuständen.
In konventionellen Metallen bewegen sich Elektronen vorhersehbar, aber seltsame Metalle weisen bei niedrigen Temperaturen einen ungewöhnlichen elektrischen Widerstand und ein ungewöhnliches Verhalten auf. Die Forscher konzentrierten sich auf das Kondo-Gittermodell und verfolgten den Quasiteilchenverlust zur Elektronen-Spin-Verschränkung mithilfe von QFI. Dabei stellten sie fest, dass die Verschränkung am quantenkritischen Punkt ihren Höhepunkt erreicht.
Dieser Ansatz integriert die Quanteninformationswissenschaft mit der Physik der kondensierten Materie und markiert eine neue Richtung in der Materialforschung. Theoretische Berechnungen stimmten mit inelastischen Neutronenstreudaten überein und verstärkten die Rolle der Quantenverschränkung im Verhalten seltsamer Metalle.
Das Verständnis seltsamer Metalle könnte Stromnetze revolutionieren, indem es eine effizientere Energieübertragung ermöglicht, da sie mit Hochtemperatur-Supraleitern in Verbindung stehen. Die Studie demonstriert auch die Anwendbarkeit von Quanteninformationstools auf andere exotische Materialien, was möglicherweise zukünftige Quantentechnologien verbessern könnte.