奇异金属，英语：strange metals，也称为奇怪金属，在凝聚态物理中指非费米液体（non-Fermi liquid），用于描述与费米液体（Fermi liquid）行为分离的系统。即使按照量子物理学家的标准，奇怪金属也实在很奇怪。这些材料与高温超导体有关，并且与黑洞的性质有着令人惊讶的联系。奇异金属中的电子耗散能量的速度快于量子力学的定律，并且与普通金属不同，奇异金属的电阻率与温度成正比。因此，了解奇异金属的行为是凝聚态物理中的重要问题。产生对奇异金属的理论理解，是凝聚态物理的最大挑战之一。这一次，奇异金属再登《Nature》主刊，而且一上就是两篇。一起来一探究竟吧！奇异金属，具有高度非常规的电特性，如线性温度电阻率、随温度平方变化的逆霍尔角和线性场磁电阻。即使是在具有简单能带结构的空穴掺杂铜酸盐材料中，确认这些集体异常的来源，也是颇具挑战性的。普遍的共识是，铜酸盐中奇怪的金属丰度与超导圆顶内部掺杂p*处的量子临界点有关。在此，来自荷兰奈梅亨大学的M. Berben & 荷兰奈梅亨大学和英国布里斯托尔大学的J. Ayres以及N. E. Hussey等学者，研究了两个超导铜族在p*以外掺杂水平下的高场平面磁电阻。在所有掺杂情况下，磁电阻都呈现出正交比例，在高场温比时变为线性，这表明奇异金属的范围远远超出了p*。此外，磁电阻的大小比传统理论预测的要大得多，并且不受杂质散射和磁场取向的影响。这些观察，加上对零场和霍尔电阻率的分析，表明尽管有一个单一的带，铜酸盐奇异金属区域有两个电荷区，一个包含相干准粒子，另一个是尺度不变的“普朗克”色散体。相关论文以题为“Incoherent transport across the strange-metal regime of overdoped cuprates”于2021年07月28日发表在Nature上。
图1. 过掺杂铜酸盐的奇异金属体系
图2. 严重过掺杂铜酸盐中面内MR的正交标度
图3. 在严重过掺杂的铜酸盐中非相干传输的证据无独有偶，这貌似已经是《Nature》发文的惯用手法了。一起来看第2篇。当温度降至零时，各种奇异金属的电阻率随温度线性下降，而传统金属的电阻率则随温度二次下降。这种线性温度电阻率归因于载流子散射速率ħ/τ= αkBT，其中α是一个常数，ħ是普朗克常数，kB是玻尔兹曼常数。这种散射率和温度之间的简单关系，在各种各样的材料中都可以观察到，这表明了散射的一个基本上限——普朗克极限，但对这个极限的潜在起源知之甚少。在此，来自加拿大舍布鲁克大学&加拿大高等研究院的Louis Taillefer 和加拿大高等研究院&美国康奈尔大学的Louis Taillefer等研究者，报道了La1.6-xNd0.4SrxCuO4空穴掺杂铜酸盐的磁电阻随角度变化的测量结果，该材料在最低测量温度下的电阻率呈线性变化。依赖于角度的磁电阻，显示了一个定义良好的费米表面，定量分析与角度分辨的光电发射光谱测量结果一致，并揭示了在普朗克极限饱和的线性温度散射率，即α = 1.2±0.4。值得注意的是，研究者发现这个普朗克散射率是各向同性的，也就是说，它与方向无关，这与热点模型的预期相反。该研究结果表明，奇异金属中的线性温度电阻率来自动量无关的非弹性散射率，达到普朗克极限。相关论文以题为“Linear-in temperature resistivity from an isotropic Planckian scattering rate”于2021年07月28日发表在Nature上。
图1. 线性电阻率和角度依赖的磁电阻技术
图2. Nd-LSCO在p = 0.24时的ADMR和准粒子散射率
图3. Nd-LSCO的输运系数p = 0.24
图4. 两种过掺杂铜酸盐Nd-LSCO和Tl2201的比较综上所述，显然，还需要进一步的理论工作来确定现在已知的奇异金属状态的所有特征，是否可以用一个单一的框架来解释；其中还包括高温超导态的出现。文献信息Ayres, J., Berben, M., Čulo, M. et al. Incoherent transport across the strange-metal regime of overdoped cuprates. Nature 595, 661–666 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03622-zGrissonnanche, G., Fang, Y., Legros, A. et al. Linear-in temperature resistivity from an isotropic Planckian scattering rate. Nature 595, 667–672 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03697-8
