物理学家首次在奇异物质中观察到“恶魔”等离激元

研究一种奇异材料的物理学家偶然发现了几十年前预测的一个重要量子现象。

它叫松树恶魔，1956年预测作者：已故物理学家大卫·派恩斯，以及它在一种名为钌酸锶（高级₂若欧₄）标志着它首次在平衡3D金属中被识别出来。

由于松树恶魔被预测在广泛的现象中发挥重要作用，例如特定种类的半金属和超导电性，这项工作对材料物理学具有重要意义。

“我们偶然发现了这个东西，”伊利诺伊大学的物理学家Peter Abbamonte在描述这一发现的演讲中说。

“我们在2018年看到这种兴奋，花了一段时间才弄清楚它是什么，结果证明是这种恶魔模式。

通常在科学中，”恶魔“是科学家和哲学家在思想实验中反对的假设对手，但松树的恶魔却完全不同。

它实际上是一种等离激元 - 在电子群中荡漾的离散波单元。等离激元被描述为声学声音的量子模拟经典气体.

派恩斯将这种等离子体命名为“恶魔”，以纪念詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell），他构思了麦克斯韦的恶魔，因为它是一个独特的电子运动，或 D.E.M.

当声波在一组粒子中摆动时，随着抖动停止，它会慢慢安静下来。然而，作为量子“声音”，等离激元是非常全有或全无的。频率的每次增加都需要非常特定的能量。

松树的恶魔是一个等离激元频率，没有成本电荷.当材料中具有不同能量范围的电子或乐队，移出相位。

没有能量的转移，但乐队的占用发生了变化。“恶魔”是一种被抑制的中立集体模式，或者筛选，由另一个电子带。

等离激元已经看到并广泛研究在2D金属中，但由于它们是电中性的并且不与光耦合，因此很难检测到。这就把我们带到了锶钌酸。

在低温下，该材料充当超导体.在较高的温度下，它会变得有点奇怪，并变成所谓的坏金属，其属性不一定按照我们预期的方式运行。

根据物理学家阿里·侯赛因（Ali Husain）领导的一个团队的说法，他以前在美国伊利诺伊大学，现在在加拿大不列颠哥伦比亚大学，它也是识别恶魔的绝佳候选者 - 具有三个嵌套的电子带，其中两个与1956年最初对恶魔的概念形成鲜明对比。

侯赛因正在用电子能谱法研究钌酸锶，当时他在数据中发现了一些看起来像准粒子– 也就是说，表现得像粒子的集体激发。

有不少已知的准粒子，但研究人员发现的与它们中的任何一个都不匹配。它的速度太快了，无法成为声子;而且太慢，不能成为表面等离子体。

后续分析表明，最有可能的候选者是恶魔;该团队甚至能够复制检测结果。对其一些特性的研究提出了一些问题。

例如，阻尼效应比预期的要小，并且不同的电子能带中存在奇怪的空穴。

目前，这几乎是研究的所在，但后续研究肯定已经成熟，特别是因为恶魔可能在超导性中发挥至关重要的作用。

研究人员认为，其他多波段金属可能是研究它们的好地方，以观察它们在一系列情况下的行为如何变化，并且扫描电子显微镜可以进行更高分辨率的研究。

他们希望这可以回答他们的新问题，并有助于设计一个更完整、更复杂的恶魔理论。

该研究已发表在自然界.

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