Fysici van Rice University hebben een doorbraak bereikt in het begrijpen van vreemde metalen, materialen die de conventionele regels van elektriciteit en magnetisme tarten, met behulp van kwantuminformatiewetenschap. De studie, gepubliceerd in Nature Communications, onthult verhoogde elektronenverstrengeling op een kritiek kantelpunt en biedt inzicht in het gedrag van deze raadselachtige materialen.
Het team, onder leiding van Qimiao Si, gebruikte kwantum Fisher-informatie (QFI) om de evolutie van de interactie tussen elektronen onder extreme omstandigheden te meten. Hun onderzoek geeft aan dat elektronenverstrengeling, een fundamenteel kwantumfenomeen, piekt op een kwantumkritiek punt - de overgang tussen twee materietoestanden.
In conventionele metalen bewegen elektronen voorspelbaar, maar vreemde metalen vertonen een ongebruikelijke elektrische weerstand en gedrag bij lage temperaturen. Door zich te concentreren op het Kondo-roostermodel, volgden onderzoekers het verlies van quasideeltjes naar elektronen-spinverstrengeling met behulp van QFI, waarbij ze verstrengelingspieken vonden op het kwantumkritieke punt.
Deze aanpak integreert kwantuminformatiewetenschap met de fysica van de gecondenseerde materie en markeert een nieuwe richting in materiaalonderzoek. Theoretische berekeningen stemmen overeen met inelastische neutronenverstrooiingsgegevens, wat de rol van kwantumverstrengeling in het gedrag van vreemde metalen versterkt.
Het begrijpen van vreemde metalen zou elektriciteitsnetten radicaal kunnen veranderen door efficiëntere energietransmissie mogelijk te maken, vanwege hun connectie met supergeleiders op hoge temperatuur. De studie toont ook de toepasbaarheid aan van kwantuminformatie-instrumenten op andere exotische materialen, waardoor toekomstige kwantumtechnologieën mogelijk worden verbeterd.