В знакомых нам металлах вроде меди электроны движутся почти независимо — как автомобили на свободной трассе. Сопротивление возникает из-за редких столкновений, и его можно описать простыми формулами. Но есть целый класс материалов — от керамик-купратов до скрученного графена, — где выше температуры сверхпроводящего перехода всё идёт не так. Там электроны словно попадают в час пик: каждый толкается с каждым, и движение превращается в хаотичную толчею.
Такое состояние называют странным металлом. Его сопротивление линейно растёт с температурой, а время между столкновениями электронов становится настолько коротким, что нарушается так называемый предел Мотта-Иоффе-Регеля — граница, за которой обычная теория металлов перестаёт работать. Авторы новой работы построили модель, где ключевую роль играют не сами электроны, а их взаимодействие с квантовыми флуктуациями — дрожанием зарядовой или спиновой «ряби». Эти флуктуации распределены в пространстве случайно, как разбросанные по столу магнитики.
Расчёты показали, что в такой системе сопротивление и время жизни электрона перестают быть жёстко связаны. Формула Больцмана, работающая в обычных металлах, здесь нарушается — как если бы время, проведённое в пробке, перестало зависеть от числа машин. Более того, модель предсказывает нарушение ещё одного универсального соотношения — между вязкостью электронной жидкости и её энтропией (мерой беспорядка). В обычных жидкостях это отношение имеет нижний предел, но здесь он исчезает.
Эта работа — не просто абстрактная теория. Она даёт микроскопический рецепт для описания квантово-критических некогерентных металлов, из которых при охлаждении рождается сверхпроводимость. Понимание странной металлической фазы может стать ключом к созданию сверхпроводников, работающих при комнатной температуре — материалов, которые произвели бы революцию в передаче энергии и транспорте.
как её написали авторы, на английском arXiv:2605.03013
Numerous unconventional superconductors such as cuprates, heavy-fermions, and twisted-bilayer graphene exhibit incoherent metallic transport above the superconducting critical temperature. This phenomenon cannot be described with Fermi-liquid theory and has presented a significant theoretical challenge to overcome. We utilize the two-dimensional Yukawa-SYK model of fermions with spatially random coupling to quantum-critical bosons to study transport in a manner which is non-perturbative in the coupling strength. Our work provides a microscopic model of quantum-critical incoherent metals and their concomitant properties, including a non-Boltzmann transport formula between resistivity and quasi-particle lifetime, violation of the Mott-Ioffe-Regel resistivity bound, and violation of the Kovtun-Son-Starinets shear viscosity to entropy density bound.
Предел Мотта-Иоффе-Регеля можно представить как ситуацию, когда длина свободного пробега электрона становится меньше расстояния между атомами. В этот момент электрон словно забывает, где он находится — и классическая картина движения рассыпается.
В романе «Ложная слепота» Питера Уоттса инопланетная жизнь построена на необычных проводящих состояниях, где привычные законы физики твёрдого тела не работают — чем-то напоминая странные металлы.