我們都知道，金屬是一種能夠?qū)щ姷奈镔|(zhì)。但是，你可能不知道的是，有一些金屬的導(dǎo)電性非常奇怪，它們不遵循我們熟悉的電學(xué)規(guī)律。這些金屬被稱為奇異金屬，它們是高溫超導(dǎo)體的前驅(qū)態(tài)。

什么是奇異金屬

讓我們先來看看普通的金屬，比如銅。如果你把一塊銅加熱，它的電阻會(huì)隨著溫度的升高而增大。這是因?yàn)殂~中的自由電子在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)與晶格中的原子發(fā)生碰撞，從而損失能量和動(dòng)量。這種碰撞會(huì)阻礙電流的流動(dòng)，使得銅表現(xiàn)出電阻。

我們可以用一個(gè)公式來描述這種現(xiàn)象：R=R0 aT2，其中R是電阻，R0是零度時(shí)的電阻，a是一個(gè)常數(shù)，T是溫度。這個(gè)公式告訴我們，銅的電阻與溫度的平方成正比。

但是，如果你在銅中加入一些氧、鑭和鋇等元素，你就會(huì)得到一種叫做銅氧化物的物質(zhì)。這種物質(zhì)在非常低的溫度下表現(xiàn)出超導(dǎo)性，也就是說它沒有任何電阻。但是，當(dāng)你把它加熱到一定程度時(shí)，它就會(huì)變成一種奇異金屬，它的電阻不再與溫度的平方成正比，而是與溫度成正比：R=R0 bT。這意味著奇異金屬在較低溫度下比普通金屬有更大的電阻。

除了電阻之外，奇異金屬還有其他一些異常的性質(zhì)，比如它們吸收熱量和傳輸交變電流的能力。但是，電阻變化是最引人注目的特征。

奇異金屬為什么奇異

自從1986年發(fā)現(xiàn)了奇異金屬以來，科學(xué)家們就一直在努力尋找它們背后的原理。現(xiàn)在，理論家們也提出了一個(gè)解釋，說明了奇異金屬中線性電阻趨勢(shì)的來源。

要理解奇異金屬為什么比普通金屬更難導(dǎo)電，我們必須關(guān)注它們的電子。為了使材料在較低溫度下有更大的電阻，我們可以想象，電子必須運(yùn)動(dòng)得更慢。但是，為什么呢？

一個(gè)可能的原因是電子之間的碰撞增加了，這在理論上應(yīng)該減慢電子的平均速度，從而增加電阻。但是，研究人員發(fā)現(xiàn)，僅僅增加碰撞并不能改變電阻，因?yàn)殡娮拥目倓?dòng)量（所謂質(zhì)心動(dòng)量）保持不變。一些電子減速了，而另一些電子加速了，所以只是增加碰撞是不夠的。

另一個(gè)可能的原因是材料中的勢(shì)能分布不均勻。研究人員表明，穿越這種“崎嶇地形”會(huì)改變電子的質(zhì)心動(dòng)量，無論它們是否發(fā)生碰撞。這就像你在一輛汽車?yán)锎┰揭黄嗫佣嗤莸穆访妫愕乃俣葧?huì)受到影響。

那么，為什么奇異金屬中會(huì)有這種不均勻的勢(shì)能分布呢？研究人員認(rèn)為，這與奇異金屬的兩個(gè)特征有關(guān)。第一個(gè)特征是它們的電子可以相互量子糾纏，這意味著它們的命運(yùn)相互綁定，即使它們相隔很遠(yuǎn)也保持糾纏。第二個(gè)特征是奇異金屬中原子的排列是無序的。

量子糾纏和無序共同導(dǎo)致了奇異金屬中電子運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性。研究人員建立了一個(gè)理論模型，描述了這種復(fù)雜性如何影響電阻。他們發(fā)現(xiàn)，在奇異金屬中，電子之間的碰撞是非均勻的，也就是說，一些碰撞會(huì)改變質(zhì)心動(dòng)量，而另一些則不會(huì)。這種碰撞行為產(chǎn)生了與溫度成正比的電阻。