A fresh look at metals reveals a 'strange' similarity

A fresh look at metals reveals a ‘strange’ similarity

Les métaux peuvent être classés selon leurs valeurs de r0 et T*= A1/A2, où ces coefficients suivent les tendances simples présentées dans ce graphique. Crédit : Beatriz Noheda, Université de Groningue

Notre compréhension théorique de la façon dont les métaux conduisent l’électricité est incomplète. La taxonomie actuelle semble trop floue et contient trop d’exceptions pour être convaincante. C’est la conclusion à laquelle sont parvenus les scientifiques des matériaux de l’Université de Groningue après avoir examiné la littérature récente sur les métaux. Ils ont analysé plus de 30 métaux et montrent qu’une formule simple peut fournir une classification des métaux de manière plus systématique. Son analyse a été publiée dans Examen physique B 29 août.

Les métaux conduisent l’électricité, mais pas tous de la même manière. Les scientifiques différencient différentes classes de métaux avec des noms tels que “corrélé”, “normal”, “étrange” ou “ad”. Les métaux de ces classes diffèrent, par exemple, dans la façon dont leur résistivité réagit à une température accrue. “Nous nous sommes intéressés aux métaux capables de passer du conducteur à l’isolant et vice versa”, explique Beatriz Noheda, professeur de nanomatériaux fonctionnels à l’université de Groningue. Elle est directrice scientifique du centre de recherche CogniGron, qui développe des paradigmes de systèmes centrés sur les matériaux pour l’informatique cognitive. “A cette fin, nous aimerions fabriquer des matériaux qui peuvent non seulement être des isolants ou des conducteurs, mais peuvent également basculer entre ces états.”

Quelque chose d’inexplicable

En étudiant la littérature sur la résistivité des métaux, elle et ses collègues ont constaté que la démarcation entre les différentes classes de métaux n’était pas bien définie. “Nous avons donc décidé d’examiner un large échantillon de métaux.” Qikai Guo, un ancien chercheur postdoctoral de l’équipe Noheda et maintenant à l’École de microélectronique de l’Université du Shandong, en Chine, et des collègues de l’Université de Saragosse (Espagne) et du CNRS (France) ont utilisé le changement de résistivité à la hausse des températures comme un outil de comparaison de plus de 30 métaux, en partie basé sur les données de la littérature et en partie basé sur leurs propres mesures.

“La théorie stipule que la réponse de résistivité est dictée par la diffusion des électrons et qu’il existe différents mécanismes de diffusion à différentes températures”, explique Noheda. Par exemple, à très basse température, on trouve une augmentation quadratique, qui serait le résultat de la diffusion des électrons. Cependant, certains matériaux (métaux “étranges”) présentent un comportement linéaire strict qui n’est pas encore compris. On pensait que la diffusion des électrons et des phonons se produisait à des températures plus élevées, ce qui se traduisait par une augmentation linéaire. Cependant, la dispersion ne peut pas augmenter indéfiniment, ce qui signifie que la saturation doit se produire à une certaine température. “Cependant, certains métaux ne montrent pas de saturation dans la plage de température mesurable et ceux-ci ont été appelés” mauvais “métaux”, explique Noheda.

En analysant les réponses de différents types de métaux à la hausse des températures, Noheda et ses collègues ont découvert quelque chose d’inattendu : “Nous avons pu ajuster tous les ensembles de données avec le même type de formule.” Cela s’est avéré être une expansion de Taylor, dans laquelle la résistivité r est décrite comme r = r0 + un1T+AdeuxJdeux + un3J3…, où T est la température, tandis que r0 et les différentes valeurs de A sont des constantes différentes. “Nous avons constaté que l’utilisation d’un terme linéaire et quadratique suffit pour produire un très bon ajustement pour tous les métaux”, explique Noheda.

plus transparente

L’article montre que le comportement de différents types de métaux est déterminé par l’importance relative de A1 et undeux et par la grandeur de r0. Noheda dit: “Notre formule est une description purement mathématique, sans hypothèses physiques, et ne dépend que de deux paramètres.” Cela signifie que les régimes linéaire et quadratique ne décrivent pas différents mécanismes, tels que la diffusion électron-phonon et électron-électron, ils ne représentent que le linéaire (via une dissipation incohérente, où la phase de l’onde électronique est modifiée par la diffusion) et No . -Contributions cohérentes linéaires (où la phase ne change pas) à la dispersion.

De cette façon, une formule peut décrire la résistivité de tous les métaux, qu’ils soient normaux, corrélés, mauvais, rares ou autres. L’avantage est que désormais tous les métaux peuvent être classés de manière simple et plus transparente pour les non-spécialistes. Mais cette description apporte aussi une autre récompense : elle montre que le terme de dissipation linéaire à basse température (appelée dissipation planckienne) apparaît dans tous les métaux. Cette universalité est quelque chose à laquelle d’autres ont déjà fait allusion, mais cette formule montre clairement qu’il en est ainsi.

Noheda et ses collègues ne sont pas des spécialistes du métal. “Nous venions de l’extérieur du domaine, ce qui signifie que nous avons eu un regard neuf sur les données. Ce qui a mal tourné, à notre avis, c’est que les gens ont cherché du sens et lié des mécanismes aux termes linéaires et quadratiques. Peut-être certaines des conclusions extraites dans cette voie doit être révisée. Il est bien connu que la théorie dans ce domaine est incomplète. Noheda et ses collègues espèrent que les physiciens théoriciens trouveront maintenant un moyen de réinterpréter certains des résultats antérieurs grâce à la formule qu’ils ont trouvée. “Mais en attendant, notre description purement phénoménologique nous permet de comparer des métaux de différentes classes.”


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Plus d’informations:
Qikai Guo et al, Classification phénoménologique des métaux basée sur la résistivité, Examen physique B (2022). DOI : 10.1103/PhysRevB.106.085141

Fourni par l’Université de Groningue

Citation: Un regard neuf sur les métaux révèle une similitude « étrange » (7 septembre 2022) Extrait le 8 septembre 2022 de https://phys.org/news/2022-09-fresh-metals-reveals-strange- similarity.html

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