Река раздваивается. Один рукав — широкий и быстрый, вода в нём течёт плавно, но с повышением температуры течение замедляется: появляются водовороты и волны. Второй рукав — узкий, с порогами, где вода перепрыгивает с камня на камень. Этот поток, наоборот, с прогревом становится живее. Примерно так, согласно новой работе, ведёт себя электрический ток в загадочном семействе металлов — актинидах.
К актинидам относятся уран и плутоний, а также их менее знаменитые соседи по таблице Менделеева — торий, нептуний, кюрий. Их электрическое сопротивление долго не поддавалось единому объяснению: графики для разных элементов выглядели так, будто нарисованы для совершенно разных веществ. Автор исследования предложил простую модель с двумя параллельными каналами проводимости. Первый канал — классический: электроны разбегаются и тормозятся, натыкаясь на тепловые колебания атомов (этот механизм описывается уравнением Блоха — Грюнайзена). С ростом температуры атомы дрожат сильнее, и этот канал работает хуже.
Второй канал — прыжковый: электроны перескакивают от атома к атому, как эстафетная палочка. Этот процесс требует энергии активации и подчиняется уравнению Аррениуса: чем горячее металл, тем охотнее электроны пускаются в путь. Для нептуния энергия такого прыжка оказалась рекордной среди всех актинидов — около 16 миллиэлектронвольт (это крошечная величина, примерно в сто раз меньше энергии видимого света).
Температуры Дебая, полученные из этой модели, хорошо совпадают с теми, что раньше измерили по теплоёмкости. Это подтверждает: модель не трюк, а отражение реальной физики. Два русла тока — не просто метафора, а удобный способ описать то, что действительно происходит в этих необычных металлах.
Самый известный актинид — уран — меняет сопротивление при комнатной температуре почти в два раза между разными кристаллическими модификациями, хотя химически это один и тот же элемент.
В романе Айзека Азимова «Сами боги» физики бьются над загадкой «плутония-186», который нарушает все законы. Реальные загадки плутония тоже заставили учёных пересмотреть простые модели — и найти изящное решение.