09 август 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Физици пряко наблюдават вихри в електронна течност за първи път

Отдавна е прогнозирано, но никога не е наблюдавано.

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 11 юли 2022 в 13:01 19470
Електронните вихри могат да се използват за електроника с ниска мощност от следващо поколение. Кредит: Christine Daniloff, MIT

Международен екип от физици е наблюдавал електрони, течащи във вихри - отличителен белег на флуиден поток, който е прогнозиран теоретично, но това никога не е било наблюдавано досега.

Когато електричеството преминава през повечето обикновени метали и полупроводници, импулсите и траекториите на електроните в електрическия ток се влияят от примесите в материала и вибрациите на атомите на материала. Тези процеси доминират поведението на електроните в обикновените материали.

Но теоретично при липсата на такива обикновени, класически процеси, квантовите ефекти трябва да вземат връх.

А именно, електроните трябва да приемат квантово поведение и да се движат колективно, като вискозна, подобна на мед електронна течност.

Това подобно на течност поведение трябва да се появи в ултрачисти материали и при температури близки до нулата.

През 2017 г. професор Леонид Левитов (Leonid Levitov) от Масачузетския технологичен институт и колегите му от Университета в Манчестър докладват за признаци на подобно на флуидно поведение на електрони в графен.

Те забелязват, че ток, изпратен през канал, може да протича през стесненията с малко съпротивление. Това предполага, че електроните в тока са били в състояние да се промъкнат през точките на стеснението колективно, много подобно на течност, вместо да се запушат, като отделни песъчинки.

В ново проучване професор Левитов и физици от Института за наука "Вайцман" се опитват да визуализират електронните вихри.

Те се използват волфрамов дителурид (WTe2), ултрачисто метално съединение, за което е установено, че проявява екзотични електронни свойства, когато е изолирано в тънка, с дебелина един атом, 2D форма.

„Волфрамовият дителурид е един от новите квантови материали, при които електроните си взаимодействат силно и се държат като квантови вълни, а не като частици“, разказва професор Левитов.

„Освен това, материалът е много чист, което прави възможно подобно на течност поведение.“

Изследователите синтезират чисти единични кристали от волфрамов дителурид и отделят тънки люспи от материала.

След това използват литография с електронни лъчи и техники за плазмено ецване, за да моделират всяка люспа с централен канал, свързан с кръгла камера от двете страни.

Те гравират същия модел в тънки люспи злато - стандартен метал с обикновени, класически електронни свойства.

След това изследователите прокарват ток през всеки моделиран образец при ултраниски температури от 4,5 K и измерват потока електрически ток в специфични точки във всяка проба, използвайки наноразмерно сканиращо свръхпроводящо устройство за квантова интерференция (SQUID).

Използвайки устройството за сканиране на всяка проба, те успяват да наблюдават в детайли как електроните протичат през структурираните канали във всеки материал.

В повечето материали като златото (вляво) електроните протичат заедно с електрическото поле. Но физиците от MIT са открили, че в екзотичния волфрамов дителурид (вдясно) частиците могат да обърнат посоката си и да се въртят като течност. Кредит: Aharon-Steinberg et al., Nature, 2022

Авторите отбелязват, че електроните, протичащи през каналите в златните люспи, правят това, без да обръщат посоката си, дори когато част от тока преминава през страничните камери, преди да се слеят обратно към основния ток.

Обратно, електроните, протичащи през волфрамовия дителурид, преминават през канала и се завъртат във всяка странична камера, подобно на вода, когато се излива в купа.

Горе: Колоната отляво показва как електроните преминават през волфрамов дителлурид (WTe2) в сравнение с хидродинамичните симулации в лявата колона. Кредит: Aharon-Steinberg et al., Nature, 2022

Електроните създават малки водовъртежи във всяка камера, преди да изтекат обратно в главния канал.

„Наблюдавахме промяна в посоката на потока в камерите, където посоката на потока обръща посоката в сравнение с тази в централната лента“, разказва професор Левитов.

„Това е много удивително и е същата физика като тази в обикновените течности, но се случва с електрони в наномащаб. Това е ясен знак, че електроните са в режим, подобен на течност.

Справка:  “Direct observation of vortices in an electron fluid” by A. Aharon-Steinberg, T. Völkl, A. Kaplan, A. K. Pariari, I. Roy, T. Holder, Y. Wolf, A. Y. Meltzer, Y. Myasoedov, M. E. Huber, B. Yan, G. Falkovich, L. S. Levitov, M. Hücker and E. Zeldov, 6 July 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-04794-y

Източник: Physicists Directly Observe Vortices in Electron Fluid
News Staff, Sci-News.com


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.