Електронни водовъртежи: Учените са свидетели на поведението на електричеството като водата

Изследователи от Масачузетския технологичен институт са наблюдавали “електронни водовъртежи” за първи път. Странното поведение възниква, когато електричеството тече като течност, което може да направи по-ефективна електроника.

Подобно на водата, електричеството се състои от дискретни частици, така че може да се очаква, че и двете ще протичат по сходен начин. Но докато водните молекули са достатъчно големи, за да се блъскат една друга и да текат заедно, електроните са много по-малки, което означава, че се влияят повече от заобикалящата ги среда, отколкото един от друг.

Предсказано е обаче, че при идеални условия – при температури близки до абсолютната нула и в чисти, бездефектни материали – квантовите ефекти трябва да поемат тяхното движение и да им позволят да текат като електронен флуид с вискозитета на мед. Ако учените могат да използват това, това може да доведе до по-ефективни електронни устройства, при които електричеството тече с по-малко съпротивление.

В новото проучване екипът на Масачузетския технологичен институт е забелязал ясен знак за електронна течност – водовъртежи. Това са често срещани структури във флуидните потоци, но не са нещо, което електроните обикновено могат да произведат, и като такива никога не са били наблюдавани преди. Изследователите забелязаха електронните водовъртежи в кристали от волфрамов дителлурид.

„Волфрамовият дителлурид е един от новите квантови материали, при които електроните си взаимодействат силно и се държат като квантови вълни, а не като частици“, каза Леонид Левитов, съавтор на изследването. „В допълнение, материалът е много чист, което прави подобно на течност поведение директно достъпно.“

В този материал екипът е гравирал тесен канал с кръгла камера от двете страни, след което е прокарал ток през него и е измерил електронния поток. В стандартните материали като златото електроните винаги ще текат в една и съща обща посока, дори когато се разпространяват в камерите и след това се връщат обратно в централния канал. Но във волфрамовия дителлурид електроните се въртят през кръглите камери, обръщат посоката и създават водовъртежи.

„Електронните вихри се очакват на теория, но няма пряко доказателство, а виждането означава да повярвате“, каза Левитов. „Сега го видяхме и това е ясен знак, че сме в този нов режим, където електроните се държат като течност, а не като отделни частици.“

Екипът казва, че това потвърждение на дългогодишна прогноза може да помогне на учените да проектират по-ефективна електроника.

Изследването е публикувано в списанието Природата.

източник: MIT