多年来，物理学家一直试图解释一种发生在一大类超导材料中的量子现象:所谓的“奇怪金属”中的电子以受温度影响的方式以高速率散射。弄清楚为什么在某些非常规金属中会发生这种情况，可能是解开许多量子材料难题的关键，包括高温超导性，物理学家长期以来一直在寻找一种更有效的电能传输方式。
在两篇新的论文中，包括康奈尔大学物理学家在内的国际合作研究人员在微观层面上解释了为什么这种“普朗克”散射发生在化合物PdCrO2中，而在几乎相同的“姐妹”PdCoO2中却没有发生。
普朗克散射，即电子撞击材料缺陷和相互撞击的速率，随着温度的升高呈线性增加。通过对PdCrO2和pdcoo2的比较，研究人员首次定量准确地描述了强相互作用金属中神秘的“普朗克散射率”的起源。PdCrO2和pdcoo2是非常干净的晶体，具有良好的记录。
《磁弹性散射的t线电阻率:PdCrO2的应用》发表在8月28日的《美国国家科学院院刊》上。
这篇论文的合著者、艺术与科学学院(College of Arts and Sciences)物理学助理教授德班扬·乔杜里(Debanjan Chowdhury)说，在许多奇怪的金属中，电子碰撞之间的特征时间是由普朗克常数和温度决定的，这些电子之间的碰撞，以及它们与路径上遇到的任何东西之间的碰撞。绝大多数已知的高温超导体，当加热到其超导温度以上时，都表现出这种特性。
这就是为什么一段时间以来人们一直认为，了解高温超导起源的线索在于了解这些材料之间的共同线索，这些线索导致了普朗克时间尺度。
乔杜里说:“这种联合理论和实验合作背后的动机是至少有一个材料的例子，在这个例子中，与电输运有关的每一个性质都是准确已知的，并为普朗克散射时间的起源建立一个微观理论。”
“据我所知，这是我们从材料的微观模型开始建立输运定量理论的首批非常规化合物之一，这恰好与实验结果非常吻合。”
乔杜里说，由于将这一技术应用于高效能源利用的风险很大，凝聚态物理学需要付出巨大的努力来理解其原因。“不幸的是，这些超导材料真的很难理解，也很难在理论上建模，”他说。“所以我们希望首先把重点放在一种更简单、干净、特性良好的材料上，为这种现象建立一个理论。”
所选择的材料PdCrO2是一种磁性“delafosite”(一种氧化铬矿物)，Chowdhury称其为具有两种电子的“有趣相关材料”的典型例子:一组自由导电的移动电子和另一组显示磁性的固定电子。PdCrO2中的电子磁性是关键;在姊妹化合物PdCoO2中，除了没有磁性外，其他一切看起来都一样。PdCrO2中的电输运是普朗克的，而PdCoO2中的电输运不是普朗克的。
但是磁场本身并不能解释普朗克时间尺度的起源。
物理学博士生Juan Felipe Mendez Valderrama说:“这个谜题的关键部分是一个意想不到的合作过程，电子与晶体的振动和局部自旋(磁性的基本组成部分)同时相互作用。”Juan Felipe Mendez Valderrama与以色列魏茨曼科学研究所的Evyatar Tulipman共同撰写了该论文。
“我们现在可以寻找新的候选材料，在这些材料中，这种以前被忽视的相互作用起着主导作用，通过改变其中一种成分，我们可以驱动全新的现象。”
魏茨曼科学研究所的Erez Berg，马克斯普朗克研究所的Elina Zhakina和圣安德鲁斯大学的Andrew P. MacKenzie是这项合作的共同作者。乔杜里和伯格是长期的合作者，他们决定在2022年夏天联手，当时他们在阿斯彭物理中心参加夏季研讨会时偶然发现他们对解决实验难题有相同的想法。
该理论的实验研究“高导电性氧化物PdCrO2中的普朗克行为研究”也于8月28日发表在《美国科学院院刊》(PNAS)上，作者均为上述人员。
乔杜里说:“我们的研究已经确定了一个不可避免的，以前被忽视的，电子散射的来源，在沉积岩材料中。”“虽然我们专注于一种特定的材料，但其中许多考虑因素同样适用于许多其他可能更复杂的材料。我们的希望是，新的理解将导致对更大类材料的基本见解，其中电传输显示神秘的普朗克时间尺度。”
