这一发现几乎是一个意外。20世纪80年代中期，竞相理解铜氧化物陶瓷中高温超导体的研究人员注意到了一些奇怪的现象。当材料温度过高而无法超导时，它们的行为也不像普通金属。它们的电阻随温度呈完美的直线上升，，没有曲率，没有平台，没有偏差。四十多年后，物理学家们仍在试图解释这一现象。
“来自地狱的导体，”已故理论家约瑟夫·波尔钦斯基这样称呼它。
普通金属遵循一个可预测的模式：随着温度下降，电阻按T²下降，遵循着电子像台球般明确定义的实体（称为准粒子）行为的数学规律。这一图像由列夫·朗道在20世纪50年代发展起来，构成了现代电子学的基础。”整个电子工业，，包括你口袋里的iPhone，，都基于这一理论的成功，”哈佛大学理论家苏比尔·萨赫德夫说。
奇异金属打破了这一基础。它们的电阻与温度本身成正比（R ∝ T），这种线性关系如此鲜明且如此持久，以至于四十年的实验和理论研究都无法解释。
散粒噪声的线索
突破来自一个出人意料的简单测量。2023年，莱斯大学道格·内特尔森团队制备了一种名为YbRh₂Si₂的重费米子奇异金属纳米线，并测量了其量子电荷涨落，，即被称为散粒噪声的微弱电噼啪声。当单个电荷逐个通过传统金属线时，噪声遵循一个可预测的模式，法诺因子（噪声-电流比）为1/3。在YbRh₂Si₂中，法诺因子被抑制到远低于该值。
“也许这证明了准粒子不是明确定义的东西，或者它们根本不存在，电荷以更复杂的方式运动，”内特尔森告诉《新科学家》。”我们必须找到合适的词汇来描述电荷如何集体运动。”
Wang、Setty、Sur、Chen、Paschen、Natelson和Qimiao Si的理论工作（Phys. Rev. Research 6， L042045， 2024）表明，即使是强关联费米液体也应产生√3/4（约0.433）的法诺因子。观测到的抑制显著小于该值，需要准粒子身份的实际丧失。
量子汤图像
如果奇异金属中的电不是由单个类粒子实体携带的，那它是什么？正在浮现的图像更接近一种量子汤，，一种没有明确定义组成部分的液态电荷流。为散粒噪声实验提供YbRh₂Si₂晶体的维也纳工业大学西尔克·帕申改变了她自己的心智模型。”它实际上是某种非常可控的东西。那是一个安静的地方，”她在谈到奇异金属态时说。
支持证据来自多个方向。2026年，布里斯托大学斯蒂芬·海登团队在卢瑟福·阿普尔顿实验室使用中子束测量了奇异金属中的电子自旋涨落，发现自旋涨落随温度同步加速和减速，，这是基于涨落的线性电阻解释的有力证据。该研究发表在《自然·通讯》上，合作者包括苏比尔·萨赫德夫。
伊利诺伊大学彼得·阿巴蒙特用电子枪研究了奇异金属中的电荷密度，他将这种行为描述为奇异：”你无法通过任何测量知道系统中有多少个电子。它们的行为真的非常奇异。”
SYK联系
在理论方面，一个来自20世纪90年代的奇特模型已成为核心。1993年，萨赫德夫和金武叶建模了一个简化的量子点，其中每个电子都连接到所有其他电子，，没有空间结构，没有几何形状。结果：电扰动的衰减速率与温度成正比，尽管没有我们通常理解的粒子或空间。该模型最初被视为玩具而被忽视，直到2015年加州理工学院的阿列克谢·基塔耶夫证明了一个几乎相同的模型，，现在称为萨赫德夫-叶-基塔耶夫（SYK）模型，，通过全息原理将奇异金属行为与黑洞物理学联系起来。
“这就像脚下的地毯被抽走了一样，”萨赫德夫说。
SYK模型做出了一个激进的预测：电阻随温度线性上升，因为电流失去动量的速率仅取决于温度和普朗克常数，，这些是基本常数，而非材料的化学性质。如果这是真的，意味着某些材料中的电受普遍量子速度极限的支配，而非受解释从铜线到硅芯片一切事物的熟悉准粒子相互作用的支配。
这意味着什么
奇异金属现在已在至少五类不同的材料中被观察到：铜氧化物（20世纪80年代）、铁基砷化物（2009年，路易·塔耶费尔团队）、扭曲石墨烯层（2019年，安德烈亚·杨和科里·迪恩）、镍酸盐（2023年，哈罗德·黄团队）以及像YbRh₂Si₂这样的重费米子化合物。这种现象似乎是普遍的，与特定化学性质无关，表明它反映了量子物质的一个基本原理，而非任何特定材料的奇异属性。
如果准粒子图像必须为这些材料而放弃，其影响将远远超出凝聚态物理学的范围。SYK模型与黑洞热力学和量子引力的联系表明，奇异金属可能正在探测物理学家用粒子加速器和引力波探测器研究的同一量子现实的深层结构。
“它是来自地狱的导体，”波尔钦斯基说。40年过去了，它可能最终成为迫使物理学重写电法则的导体。
翻译：婷
来源
1. New Scientist, “The strange metals forcing us to rethink how electricity really works” (2026年7月7日). https://www.newscientist.com/article/2531747-the-strange-metals-forcing-us-to-rethink-how-electricity-really-works/
2. Chen, L. et al., “Shot noise in a strange metal”, Science 382, 907-911 (2023). DOI: 10.1126/science.abq6100
3. Wang, C. et al., “Shot noise and universal Fano factor”, Phys. Rev. Research 6, L042045 (2024). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.6.L042045
4. Radaelli, G. et al., “Critical spin fluctuations across the superconducting dome”, Nature Communications 17, 4564 (2026).
5. Sachdev, S. & Ye, J., “Universal quantum fluctuations in a strongly correlated system”, Phys. Rev. Lett. 70, 3339 (1993). DOI: 10.1103/PhysRevLett.70.3339