Исследователи из Массачусетского технологического института впервые наблюдали «электронные водовороты». Странное поведение возникает, когда электричество течет в виде жидкости, что может сделать электронику более эффективной.
Подобно воде, электричество состоит из дискретных частиц, поэтому можно было бы ожидать, что то и то будут течь одинаково. Но в то время как молекулы воды достаточно велики, чтобы толкать друг друга и течь вместе, электроны намного меньше, а это означает, что они больше подвержены влиянию своего окружения.
Однако было предсказано, что в идеальных условиях — при температурах, близких к абсолютному нулю, и в чистых, бездефектных материалах — квантовые эффекты должны взять на себя их движение и позволить им течь как электронная жидкость с вязкостью меда. Если бы ученые могли использовать это, это могло бы привести к созданию более эффективных электронных устройств, в которых электрический ток протекает с меньшим сопротивлением.
В новом исследовании команда Массачусетского технологического института наблюдала явные признаки электронной жидкости — водовороты. Это обычные структуры в потоках жидкости, но не то, что обычно могут создавать электроны, и поэтому они никогда раньше не наблюдались. Исследователи обнаружили электронные вихри в кристаллах дителлурида вольфрама.
«Дителлурид вольфрама — один из новых квантовых материалов, в котором электроны сильно взаимодействуют и ведут себя как квантовые волны, а не как частицы», — сказал Леонид Левитов, соавтор исследования. «Кроме того, материал очень чистый, что делает поведение жидкости доступным».
Диаграмма, показывающая, как электроны текут в стандартном металле (золоте) слева и как они создают электронные водовороты в квантовом материале (дителлурид вольфрама) справа
Массачусетский технологический институт
В этом материале команда выгравировала узкий канал с круглыми камерами по обеим сторонам, затем пропустила через него ток и измерила поток электронов. В стандартных материалах, таких как золото, электроны всегда будут течь в одном и том же общем направлении, даже когда они распространяются по камерам, а затем возвращаются в центральный канал. Но в дителлуриде вольфрама электроны закручивались в круглых камерах, меняя направление и создавая водовороты.
«Электронные вихри в теории ожидаются, но прямых доказательств нет, а увидеть — значит поверить», — сказал Левитов. «Теперь мы это увидели, и это явный признак того, что мы находимся в этом новом режиме, когда электроны ведут себя как жидкость, а не как отдельные частицы».
Команда говорит, что это подтверждение давнего предсказания может помочь ученым разработать более эффективную электронику.
Исследование было опубликовано в журнале Nature .
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com