在大家的常規(guī)認知里，電流是電子在金屬中流動產(chǎn)生的，每個電子都帶著一份單獨的電荷。但最近，一種名為 “怪金屬” 的材料卻打破了這個常規(guī)認知，挑戰(zhàn)了有著 60 年歷史的物理理論。

長久以來，費米液體理論一直是人們理解金屬電學(xué)性質(zhì)的重要依據(jù)。在一般情況下，電子之間會相互排斥，當(dāng)一個電子移動時，會影響周圍的電子。當(dāng)這種影響較小時，電子不再單獨行動，而是聚集在一起形成電子準(zhǔn)粒子。雖然形式變了，但電流依然是由一個個離散的電荷來傳導(dǎo)，這些電荷就是電子集體運動的表現(xiàn)。

然而，許多新發(fā)現(xiàn)的 “怪金屬” 卻不遵循這個傳統(tǒng)模型。科學(xué)家們使用一種叫散粒噪聲測量的技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，在 “怪金屬” 里，電子不再是一個個單獨行動的個體，它們模糊成了一種連續(xù)、無特征的量子流體。這就帶來了一個讓人困惑的問題：如果不是單個電子傳導(dǎo)電流，那到底是什么在起作用呢？

“怪金屬” 的出現(xiàn)，沖擊了凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的重要理論 —— 費米液體理論。凝聚態(tài)物理主要研究固體材料，而費米液體理論是這個領(lǐng)域的重大成果之一。現(xiàn)在 “怪金屬” 的現(xiàn)象無法用它來解釋，這促使科學(xué)家們?nèi)ヌ剿餍碌睦碚摚@一探索可能會在物理和材料科學(xué)領(lǐng)域帶來變革性的發(fā)現(xiàn)。

“怪金屬” 的特性還和高溫超導(dǎo)有著緊密聯(lián)系。高溫超導(dǎo)體在正常狀態(tài)下，表現(xiàn)得和 “怪金屬” 很相似。弄清楚 “怪金屬” 中與費米液體理論相悖的現(xiàn)象，或許就能揭開高溫超導(dǎo)背后隱藏的奧秘。而且，普通金屬的電阻變化遵循一定規(guī)律，在低溫下，電阻變化和溫度的平方有關(guān)；但 “怪金屬” 卻不一樣，它的電阻在低溫下是線性變化的，這進一步說明了它的特殊性。

要研究 “怪金屬” 中的電流傳導(dǎo)是否是離散的，散粒噪聲測量技術(shù)很關(guān)鍵。散粒噪聲測量的是直流電中的隨機波動，就像雨滴落在屋頂上，如果雨滴數(shù)量少、個頭大，它們不會同時落在屋頂，這種情況下散粒噪聲就大；要是雨下得很大，雨滴連成一片，就沒有單個雨滴的區(qū)別了，散粒噪聲就為零。在 “怪金屬” 中，情況就類似后者，散粒噪聲幾乎為零。

不過，測量散粒噪聲可不是一件容易的事。金屬中原子晶格的振動會干擾電子運動，影響散粒噪聲的測量結(jié)果。為此，研究人員制作了納米級別的導(dǎo)線，讓電子能快速通過，減少晶格振動的影響。通過實驗，在 “怪金屬” 鐿銠硅（YbRh?Si? ）中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這里不存在電子準(zhǔn)粒子，電流也不是由離散的電荷傳導(dǎo)的，電子就像是失去了自己的特性，融合成了一鍋 “量子湯”。

雖然目前的研究有了重大發(fā)現(xiàn)，但并非所有物理學(xué)家都認同 “怪金屬” 中不存在準(zhǔn)粒子的結(jié)論。不過，這些研究成果已經(jīng)引發(fā)了大量關(guān)注，后續(xù)還會有更多研究，相信會推動 “怪金屬” 相關(guān)新理論的發(fā)展，讓我們對這種神奇的材料有更深入的了解。

參考資料：DOI： 10.1126/science.abq6100