Знайдено метал, в якому електрони течуть як вода

0
11

Група дослідників з бостонського коледжу створила новий металевий зразок, в якому рух електронів протікає так само, як вода тече в трубі – фундаментально змінюючись від динаміки частинок до рідини, повідомляється в журналі nature communications.

Працюючи з колегами з техаського університету в далласі і університету штату флорида, доцент фізики бостонського коледжу фазель тафті виявив в металевому надпровіднику синтез ніобію і німеччина (nbge 2), що сильна взаємодія між електронами і фононами змінює перенесення електронів з дифузійного або частинкоподібного режиму в гідродинамічний або флюїдоподібний.

Ці відкриття означають перше відкриття електрон-фононної рідини всередині nbge 2, сказав тафті.

“ми хотіли перевірити недавнє передбачення про” електрон-фононну рідину”, – сказав тафті, зазначивши, що фонони – це коливання кристалічної структури. “зазвичай електрони розсіюються на фононах, що призводить до звичайного дифузійного руху електронів в металах. Нова теорія показує, що коли електрони сильно взаємодіють з фононами, вони утворюють об’єднану електрон-фононну рідину. Ця нова рідина буде текти всередині металу. Точно так само, як вода тече по трубі”.

Підтверджуючи передбачення теоретиків, фізик-експериментатор тафті, який працює зі своїм колегою з бостонського коледжу професором фізики кеннетом берчем, луїсом балікасом і джулією чан з юта-даллас, говорить, що відкриття стимулюватиме подальше вивчення матеріалу і його потенціалу. Докладання.

Тафті зазначив, що наше повсякденне життя залежить від потоку води в трубах і електронів в проводах. Якими б схожими вони не здавалися, ці два явища принципово різні. Молекули води течуть як рідкий континуум, а не як окремі молекули, підкоряючись законам гідродинаміки. Електрони, однак, течуть як окремі частинки і дифундують всередині металів, коли вони розсіюються коливаннями решітки.

За словами тафті, дослідження команди при значному внеску аспіранта-дослідника хун-ю янга, який отримав докторську ступінь в британській колумбії в 2021 році, було зосереджено на проведенні електрики в новому металі nbge 2.

Вони застосували три експериментальні методи: вимірювання питомого електричного опору показали більш високу, ніж очікувалося, масу електронів; рамановское розсіювання показало зміну поведінки в коливанні кристала nbge 2 через особливий потік електронів; і дифракція рентгенівських променів виявила кристалічну структуру матеріалу.

Використовуючи особливу техніку, відому як “квантові осциляції” для оцінки маси електронів у матеріалі, дослідники виявили, що маса електронів на всіх траєкторіях була втричі більшою за очікуване значення, сказав тафті, чия робота підтримується національний науковий фонд.

“це було дійсно дивно, тому що ми не очікували появи таких важких електронів у, здавалося б, простому металі”, – сказав тафті. “врешті-решт ми зрозуміли, що сильна електрон-фононна взаємодія була відповідальною за поведінку важких електронів. Оскільки електрони сильно взаємодіють з коливаннями решітки або фононами, вони “захоплюються” гратами, і створюється враження, що вони набрали масу і стати важким “.

Тафті сказав, що наступним кроком буде пошук інших матеріалів у цьому гідродинамічному режимі, використовуючи електрон-фононні взаємодії. Його команда також зосередиться на управлінні гідродинамічною рідиною електронів у таких матеріалах та розробці нових електронних пристроїв.

Нагадаємо, раніше повідомлялося, що .