Найден металл, в котором электроны текут как вода

Группа исследователей из Бостонского колледжа создала новый металлический образец, в котором движение электронов протекает так же, как вода течет в трубе - фундаментально изменяясь от динамики частиц к жидкости, сообщается в журнале Nature Communications.

Работая с коллегами из Техасского университета в Далласе и Университета штата Флорида, доцент физики Бостонского колледжа Фазель Тафти обнаружил в металлическом сверхпроводнике синтез ниобия и германия (NbGe 2), что сильное взаимодействие между электронами и фононами изменяет перенос электронов из диффузионного или частицоподобного режима в гидродинамический или флюидоподобный.

Эти открытия знаменуют собой первое открытие электрон-фононной жидкости внутри NbGe 2, сказал Тафти.

"Мы хотели проверить недавнее предсказание об "электрон-фононной жидкости", - сказал Тафти, отметив, что фононы - это колебания кристаллической структуры. "Обычно электроны рассеиваются на фононах, что приводит к обычному диффузионному движению электронов в металлах. Новая теория показывает, что, когда электроны сильно взаимодействуют с фононами, они образуют объединенную электрон-фононную жидкость. Эта новая жидкость будет течь внутри металла. точно так же, как вода течет по трубе".

Подтверждая предсказания теоретиков, физик-экспериментатор Тафти, работающий со своим коллегой из Бостонского колледжа профессором физики Кеннетом Берчем, Луисом Баликасом и Джулией Чан из Юта-Даллас, говорит, что открытие будет стимулировать дальнейшее изучение материала и его потенциала. Приложения.

Тафти отметил, что наша повседневная жизнь зависит от потока воды в трубах и электронов в проводах. Какими бы похожими они ни казались, эти два явления принципиально разные. Молекулы воды текут как жидкий континуум, а не как отдельные молекулы, подчиняясь законам гидродинамики. Электроны, однако, текут как отдельные частицы и диффундируют внутри металлов, когда они рассеиваются колебаниями решетки.

По словам Тафти, исследование команды при значительном вкладе аспиранта-исследователя Хун-Ю Янга, получившего докторскую степень в Британской Колумбии в 2021 году, было сосредоточено на проведении электричества в новом металле NbGe 2.

Они применили три экспериментальных метода: измерения удельного электрического сопротивления показали более высокую, чем ожидалось, массу электронов; Рамановское рассеяние показало изменение поведения в колебании кристалла NbGe 2 из-за особого потока электронов; и дифракция рентгеновских лучей выявила кристаллическую структуру материала.

Используя особую технику, известную как «квантовые осцилляции» для оценки массы электронов в материале, исследователи обнаружили, что масса электронов на всех траекториях была в три раза больше ожидаемого значения, сказал Тафти, чья работа поддерживается Национальный научный фонд.

"Это было действительно удивительно, потому что мы не ожидали появления таких тяжелых электронов в, казалось бы, простом металле", - сказал Тафти. "В конце концов мы поняли, что сильное электрон-фононное взаимодействие было ответственно за поведение тяжелых электронов. Поскольку электроны сильно взаимодействуют с колебаниями решетки или фононами, они "увлекаются" решеткой, и создается впечатление, что они набрали массу и стать тяжелым ".

Тафти сказал, что следующим шагом будет поиск других материалов в этом гидродинамическом режиме, используя электрон-фононные взаимодействия. Его команда также сосредоточится на управлении гидродинамической жидкостью электронов в таких материалах и разработке новых электронных устройств.

Напомним, ранее сообщалось, что найден способ избавиться от лишнего углекислого газа.

Источник