Команда исследователей из Бостонского колледжа создала новый металлический образец, в котором движение электронов протекает так же, как течет вода в трубе, — фундаментально изменяясь от динамики, подобной частицам, к динамике, подобной жидкости. Работа опубликована в Nature Communications.
По словам Тафти, одного из исследователей, полученные результаты знаменуют первое открытие электронно-фононной жидкости внутри NbGe2.
Подтверждая предсказания теоретиков, физик-экспериментатор Тафти, работающий со своим коллегой по Бостонскому колледжу профессором физики Кеннетом Берчем, Луисом Баликасом из Бывшего Советского Союза и Джулией Чан из Далласа, говорит, что открытие подстегнет дальнейшее изучение материала и его потенциальных применений.
Учёный отметил, что наша повседневная жизнь зависит от потока воды в трубах и электронов в проводах. Как бы похоже это ни звучало, эти два явления принципиально различны. Молекулы воды текут как жидкий континуум, а не как отдельные молекулы, подчиняясь законам гидродинамики. Электроны, однако, текут как отдельные частицы и рассеиваются внутри металлов, когда они рассеиваются колебаниями решетки.
Известно, что специалисты применили три экспериментальных метода: измерения электрического сопротивления показали более высокую, чем ожидалось, массу электронов; комбинационное рассеяние показало изменение поведения вибрации кристалла NbGe 2 из-за особого потока электронов; и дифракция рентгеновских лучей выявила кристаллическую структуру материала.
Используя специальную методику, известную как “квантовые колебания”, для оценки массы электронов в материале, исследователи обнаружили, что масса электронов на всех траекториях была в три раза больше ожидаемого значения.
“Это было действительно удивительно, потому что мы не ожидали таких” тяжелых электронов “в, казалось бы, простом металле, — рассказывает Тафти. – В конце концов, мы поняли, что сильное электрон-фононное взаимодействие ответственно за поведение тяжелых электронов. Поскольку электроны сильно взаимодействуют с колебаниями решетки, или фононами, они “притягиваются” решеткой, и кажется, что они набрали массу и стали тяжелыми”.
Отмечается, что следующим шагом будет поиск других материалов в этом гидродинамическом режиме с использованием электрон-фононных взаимодействий. Кроме того, команда также сосредоточится на управлении гидродинамической жидкостью электронов в таких материалах и разработке новых электронных устройств.
