Граница между квантовыми и классическими явлениями всегда казалась незыблемой, однако ученые стремятся найти способы проявить квантовые эффекты в объектах макроскопического масштаба, которые можно изучить экспериментально. Последние исследования в области так называемых «странных металлов» дают надежду на то, что квантовая запутанность может существовать в относительно крупных структурах.
Исследователи изучают «странные металлы» уже около 40 лет. Эти вещества, обычно представляющие собой сложные сплавы, занимают промежуточное положение между диэлектриками и проводниками: свободные электроны в них уже присутствуют, но классические свойства металлов еще не проявляются. Характерные особенности их поведения можно наблюдать лишь при температурах, близких к абсолютному нулю.
Ранее выяснилось, что ток в таких материалах течет иначе, чем в обычных проводниках. Если в стандартных металлах электрический заряд переносится «всплесками» в виде квазичастиц, то в странных металлах поток электронов движется плавно, подобно воде в желобе. Новое исследование ученых из Венского технического университета проливает свет на природу этих процессов, впервые фиксируя групповую квантовую запутанность в достаточно крупном образце.
Для эксперимента команда синтезировала кристалл Ce3Pd20Si6 из церия, палладия и кремния, обладающий сантиметровыми размерами. При экстремальном охлаждении до милликельвинов и воздействии магнитного поля в 1,73 Тл, направленного вдоль оси [001], электрическое сопротивление материала менялось почти линейно в зависимости от температуры, что подтверждало статус странного металла.
Используя установку неупругого рассеяния нейтронов в Институте Лауэ — Ланжевена (ILL) в Гренобле, физики облучали кристалл пучком нейтронов. Анализ данных через квантовую информацию Фишера — параметр, оценивающий реакцию многочастичных систем — показал, что нейтроны воздействуют не на отдельные частицы, а на систему в целом. Исследователи установили, что группы из как минимум девяти квантово-запутанных объектов реагировали на облучение коллективно.
Ученые в шутку предложили сменить концепцию «кота Шрёдингера» на «муравейник Шрёдингера»: воздействие на один элемент приводит к моментальному отклику всей группы запутанных частиц. Это открытие позволяет связать физику твердого тела с квантовой теорией, помогая объяснить отсутствие квазичастиц и линейное сопротивление в странных металлах на фундаментальном уровне.
