新的发现表明，需要重新评估当前的电子相互作用理论，从而更好地理解磁性、高温超导性和透明金属的行为。

研究人员在6月24日发表在《自然通讯》杂志上的一篇论文中揭示了在相关金属SrVO3的超清洁样本中以前未观察到的现象。这项研究提供了挑战这些不寻常金属的主流理论模型的实验见解。

国际研究团队来自德国保罗德鲁德固态电子研究所（PDI）、美国橡树岭国家实验室、宾夕法尼亚州立大学、匹兹堡大学和匹兹堡量子研究所。他们相信，他们的发现将促使人们重新评估当前有关电子相关效应的理论，揭示这些系统中有价值现象的起源，包括磁性、高温超导性和极不寻常的透明金属的独特特性。

费米液体的特殊性质

钙钛矿氧化物SrVO3被归类为费米液体 —— 一种在足够低的温度下描述金属中相互作用电子系统的状态。在传统金属中，导电的电子独立运动，通常被称为费米气体。相比之下，费米液体的特点是电子之间有显著的相互作用，这意味着一个电子的运动强烈影响其他电子。

这种集体行为可以导致具有深远技术应用的独特电子特性，为相关金属中电子之间的相互作用提供见解。SrVO3具有结晶性和电子简单性，是研究电子相关现象的理想模型体系。这种简单性对于理解复杂现象至关重要，例如磁有序或超导性，这可能使理论和实验研究复杂化。

材料纯度对实验精度的影响

理解指导电子相关效应理论模型的实验结果的另一个关键因素是材料本身是否存在缺陷。柏林PDI研究负责人兼主任罗曼·恩格尔-赫伯特（Roman Engel Herbert）博士说：“如果你想弄清凝聚态物理学中最保守的秘密之一，那么你必须在没有任何外部干扰的情况下，以最纯粹的形式研究它。几乎没有缺陷的高质量材料是必不可少的。你需要合成超清洁材料。”

到目前为止，获得无缺陷的SrVO3样品似乎是一个无法克服的挑战。通过采用一种创新的薄膜生长技术，结合了分子束外延和化学气相沉积的优点，该团队实现了前所未有的材料纯度。

今天发表的这项研究的第一作者玛特·布拉莱克（Matt Brahlek）博士量化了这一改进：“材料纯度的一个简单衡量标准是室温下电流与低温下电流流动的容易程度之比，称为残余电阻率（RRR）值。如果金属含有许多缺陷，则RRR值较低，通常在2-5左右。我们已经能够合成RRR比SrVO3大近100倍的SrVO3薄膜，为研究相关金属SrVO3的真实性质打开了大门。特别是，高质量的材料首次允许在高磁场下进入特殊区域，在那里发现了惊喜。”

前所未有的发现挑战了既定的理论

这个跨学科的科学家团队惊讶地发现了一系列奇特的输运现象，这些现象与之前在高度缺陷的样品上测量到的输运性质形成鲜明对比。他们的发现挑战了长期以来的科学共识，即SrVO3是一种简单的费米液体。

恩格尔-赫伯特解释说：“这种情况非常令人兴奋，但也令人困惑。虽然我们在高度缺陷的样品中重现了先前报道的SrVO3的转运行为，但在具有高RRR值的超净样品中进行的相同测量结果却不同。”缺陷样本的结果允许对符合理论期望的结果进行直接解释。这些结果作为实验证据，证明理论认识正确地捕捉到了SrVO3中的电子相关效应。然而，研究小组发现，对超净样品的测量结果不能如此容易地解释。

布拉莱克补充说：“一个引人注目的观察结果是，金属中携带电的电子数量与温度和磁场无关。这当然是对的，但是对测量量的解释并不是载流子浓度的直接测量。相反，这个量与材料特性的其他方面混合在一起，例如缺陷和温度如何影响电流。我们必须更深入地研究物理学来理解我们所看到的。这就是它如此重要和令人兴奋的原因。”

研究人员认为，他们的发现可以作为完善理论模型的基础，并促使人们重新审视对表现出相当大的电子相关性的材料的既定观点和解释。

恩格尔-赫伯特说：“作为实验物理学家，我们的工作是超越当前对自然的理解的界限。这是发现的地方，是我们推动科学发展的地方。作为凝聚态物理学家，关键是要不断完善我们的研究对象，挑战自己，突破材料的极限。这可能为这类材料的真实行为提供新的见解，并能够对测量和观察到的现象进行全面的解释。

“这需要一个跨学科的专家团队来做。虽然这项工作尚未完成，但我们的结果是一个机会，让社区重新校准他们的理论，重新检查我们认为已经很好理解的材料，并重新评估它们的应用潜力。”

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