量子力学可能看起来有点令人困惑，所以量子材料被称为“奇怪”确实说明了一些问题。
科内尔领导的一项合作使用了最先进的计算工具来模拟普朗克金属(Planckian，也就是“奇怪的”金属)的混沌行为。这种行为长期以来一直引起物理学家的兴趣，但直到现在他们还不能模拟出它的最低温度。
该团队的论文“线电阻率和sachdevi – ye – kitaev (SYK)在自旋1/2费米子的量子临界金属中的自旋液体行为”发表在7月22日的《美国科学院院刊》上。这项研究的主要作者是博士生彼得·查。
领导这次合作的是艺术与科学学院的物理学教授金恩阿(Eun-Ah Kim)，她对电子的社会现象以及电子作为一个社会是如何相互作用的以及其中的各种复杂现象感兴趣。
和人一样，电子也有不同的先天倾向。在金属中，电子是独立思考的，大部分自由漫游。在绝缘体中，电子被固定在一个固定的位置。在这些金属和绝缘体相之间存在着一种奇怪的普朗克金属。在普朗克金属中，电子以量子力学基本定律允许的最快速度耗散能量。它们具有高水平的混沌行为和电阻率。
想象一下拥堵的道路上缓慢行驶的车辆。车辆大致朝同一方向行驶，但速度缓慢，移动受限。这就是普朗克金属中电子的困境。现在把它与超导体中的电子相比，超导体是最有组织的、最可能的相干态，就像高速公路一样，大量电子步调一致，没有阻力或散射。三十多年来，科学家们一直困惑于普朗克金属可以转换成高温超导体。这种无法解释的行为似乎与个人主义的电子想要彼此保持距离的愿望有关。
金说:“就像我们的管理者会给我们推荐社交距离一样，电子也会给我们推荐社交距离。”但这种社会距离秩序究竟是如何导致这种特殊的、最大程度混乱的行为，一直是个谜。你如何从命令，好吧，你们都互相排斥，变成这种混乱的，不一致的行为?这表明，在这个非常混乱的国家里，有一种东西，为一个非常有组织的国家播下了种子。”
金的研究小组与熨斗研究所(Flatiron Institute)的科学家合作，熨斗研究所是纽约西蒙斯基金会(Simons Foundation)的一个内部研究部门，专门研究计算量子物理。他们一起创建了第一个普朗克行为模型，该模型可以精确到可能的最低温度，绝对零度(零开尔文或-273.15摄氏度)。当物质的一种状态跃迁到另一种状态时，这标志着量子临界区。
通过调整电子之间的比例的冲动来(动能)和强大的社会互动,电子锁在位置根据他们的旋转(互动能源),也就是社会距离的要求,研究人员调整系统之间的过渡的边缘一个普通金属和一个研究所绝缘子。当社会距离较强时，系统进入自旋玻璃绝缘体状态，静止电子仅以其松散排列的自旋表示。但当动能占优势时，系统进入费米液态金属状态。
金说:“我们发现相空间中有一整个区域显示了普朗克行为，但它不属于我们正在转换的两个相。”“这种量子自旋液体状态并不是完全锁定的，但也不是完全自由的。它是一种缓慢的、浓稠的、泥泞的状态。它是金属的，但不情愿是金属的，它把混沌的程度推到了量子力学的极限。”
该模型的设计是极简主义的，允许研究人员确定最基本的成分，普朗克金属行为。这将为建立更复杂的模型提供模板，这些模型可以捕捉更难以捉摸的现象，比如高温超导性。也许还不止这些。
“我们研究的电子世界和电子社会不仅仅是好奇心和智力满足的主题，”Kim说。“他们也是一个对社会产生影响的主题。我们可以改变社会——彻底变革社会——通过理解新材料，新类型的状态。半导体的发现导致了晶体管的产生。我们无法想象如果没有晶体管，今天的世界会是什么样子。”
合著者包括来自熨斗研究所的合作者。
这项研究得到了美国能源部和西蒙斯基金会的支持。
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