科学家首次观察到“电子漩涡”有助于设计出更高效的电子产品

2022年07月07日17:16:16 科学 1885

麻省理工学院MIT)的研究人员首次观察到“电子漩涡”。这种类似流体的奇怪电子行为可用于低功率下一代电子产品,可能会使电子产品更加高效。

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尽管它们是离散的粒子,但水分子以液体的形式集体流动,产生溪流、波浪、漩涡和其他经典的流体现象。虽然电流也是不同粒子(在这种情况下是电子)的构造,但粒子是如此之小,以至于当电子穿过普通金属时,它们之间的任何集体行为都会被更大的影响所淹没。但是,在某些材料和特定条件下,这种影响会逐渐消失,电子可以直接相互影响。在这些情况下,电子可以像流体一样集体流动。

据预测,在理想的条件下--在接近绝对零度的温度和纯净的无缺陷材料中--量子效应应该接管它们的运动,并允许它们作为一种电子流体流动,具有蜂蜜般的粘度。如果科学家们能够利用这一点,就可以制造出更有效的电子设备,使电力流动的阻力减少。

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在新研究中,麻省理工学院的团队已经观察到了电子流体的一个明显迹象--“漩涡”。这些是流体中常见的结构,但不是电子通常可以产生的,因此它们以前从未被观察到。研究人员在二碲化钨的晶体中发现了“电子漩涡”。

该研究的共同作者Leonid Levitov说:“二碲化钨是新的量子材料之一,在这种材料中,电子具有强烈的相互作用,并表现为量子波而不是粒子。此外,这种材料非常干净,这使得类似流体的行为可以直接获得。”

在这种材料中,研究小组蚀刻了一个狭窄的通道,两侧有一个圆形的腔室,然后在其中运行电流并测量电子流。在像黄金这样的标准材料中,电子总是沿着相同的大方向流动,即使它们分散到各个腔室,然后又回到中央通道。但是在二碲化钨中,电子在圆形腔室中旋转,扭转方向并产生“漩涡”。

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Levitov说:“电子漩涡在理论上是可以预期的,但一直没有直接的证据,眼见为实。现在我们已经看到了它,它是处于这个新体系中的明显标志,在这个体系中,电子表现为一种流体,而不是单个粒子。”

该团队表示,对一个长期预测的确认可以帮助科学家们设计出更高效的电子产品。

该研究发表在《自然》杂志上。

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