В металах зазвичай очікується, що електрони будуть дифузними у своєму русі, поводячись як окремі частки – іншими словами, вони не набирають імпульс як група. У новому дослідженні вчені відкрили тип металу, в якому електрони натомість течуть – як вода в трубі – шляхом взаємодії з квазічастками, званими фононами, які виникають в результаті коливань в кристалічній структурі. Це змушує електрони переходити від дифузійної (подібної часткам) до гідродинамічної (рідиноподібної) поведінки у своєму русі.
Металевий надпровідник, який викликає таку поведінку, є синтезом ніобію і германію, званий дітетрелідом (NbGe2), потенційно, він може привести до появи нового типу електронного пристрою. «Ми хотіли перевірити недавнє пророцтво про «електрон-фононної рідину», – говорить фізик-експериментатор Фазель Тафті з Бостонського коледжу.
«Зазвичай електрони розсіюються фононами, 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 тектиме всередині металу, точно так же, як вода тече по трубі».
Три експериментальних методи підтвердили гіпотезу електронно-фотонної рідини, сформульовану Тафті і його колегами. Першим було вимірювання питомого електричного опору металу, яке показало, що його електрони мають більшу масу, ніж можна було б очікувати. По-друге, аналіз комбінаційного розсіювання світла за допомогою лазера показав, що коливання NbGe2 змінилися через незвичайний потік електронів, і, нарешті, методи дифракції рентгенівських променів виявили кристалічну структуру металу.
Маса електронів була в три рази більше, ніж повинна бути, – показав підхід до картування матеріалів, відомий як квантові осциляції: ще одна ознака того, що електрони і фонони незвичайно поводяться. «Це було дійсно дивно, тому що ми не очікували на появу таких «важких електронів» в, здавалося б, простому металі», – кажуть вчені.
Наразі існує великий дослідницький інтерес до ідеї електрон-фононних рідин, хоча й до кінця не ясно, які від них можуть бути наслідки для електронних пристроїв і систем зв’язку майбутнього. Ця нова робота відкриває безліч цікавих можливостей для майбутніх досліджень. Потім дослідники хочуть знайти інші матеріали, які поводяться так само як NbGe2, і попрацювати над контролем потоку електронів в рідині для майбутніх пристроїв.
Читайте також: