فلزی تازه با حرکت الکترونی سیال ابداع شد - تور بالی اندونزی

بر اساس مطالعه ای که به تازگی در مجله Nature Communications منتشر شده است، گروهی از محققان، یک شیء فلزی نو ابداع نموده اند که در آن الکترون ها می توانند آزادانه مانند آب در یک لوله جریان یابند و محوری اساسی در رفتار از دینامیک ذرات و مایعات ایجاد نمایند.

این مطالعه می تواند به نسل نوی از دستگاه های الکترونیکی منجر گردد.

فاضل تفتی استادیار فیزیک کالج بوستون به همراه همکارانش از دانشگاه ایالتی فلوریدا و دانشگاه تگزاس در دالاس با کاوش در یک ابررسانای فلزی شامل ژرمانیوم و نیوبیوم(NbGe2) دریافتند که تعامل قوی بین فونون ها و الکترون ها باعث تغییر در حرکت آنها از حرکت معمولی به حرکت شبیه به مایع می گردد.

تفتی می گوید: این اولین کشف یک مایع الکترون-فونون در ماده NbGe2 است. ما می خواستیم پیش بینی اخیر سیال الکترون-فونون را آزمایش کنیم. به طور معمول، الکترون ها به وسیله فونون ها پراکنده می شوند که منجر به حرکت معمول انتشار الکترون ها در فلزات می گردد. این نظریه نو نشان می دهد که وقتی الکترون ها به شدت با فونون ها تعامل داشته باشند، یک مایع الکترون-فونون متحد تشکیل می دهند.

تفتی اضافه نمود: این مایع نو دقیقاً به همان روشی که آب در لوله جریان می یابد، داخل فلز جریان می یابد.

تفتی و همکارانش در تأیید این نظریه با این آزمایش معتقدند که این کشف برای ایجاد انگیزه در تجزیه و تحلیل بیشتر مطالب نو و شناسایی کاربردهای متعدد آن مفید خواهد بود. زندگی مدرن به مقدار جریان آب در لوله ها به حرکت الکترون های موجود در سیم های الکتریکی هم متکی است و در حالی که این دو خط لوله در هر دو مورد شبیه به نظر می رسند، در واقع تفاوت های فاحشی با هم دارند. طبق قوانین هیدرودینامیک، آب به اسم یک سیال پیوسته به جای مولکول های مجزا جریان می یابد. در مقابل، الکترون ها به اسم ذرات گسسته جریان می یابند و با جدا شدن به وسیله ارتعاشات شبکه در فلزات پخش می شوند.

بازفراوری الکترون ها با هیدرودینامیک در سایر مواد می تواند منجر به فراوری وسایل الکترونیکی نو گردد.

تفتی در این باره شرح داد: تیم محققان از سه روش آزمایشی برای برجسته کردن راهنمایی الکتریسیته در این فلز نو استفاده کرد. پراکندگی رامان تغییر حرکت در ارتعاش کریستال NbGe2 ناشی از جریان ویژه مایعات مانند سیال الکترون ها را نشان داد. علاوه بر این، مقدار گیری مقاومت الکتریکی، جرم اضافی الکترون ها را نشان داد و پراش اشعه ایکس، ساختار کریستالی مواد را آشکار کرد. یک تکنیک به نام نوسانات کوانتومی در مشخص جرم الکترون ها در مواد بسیار مفید واقع شد و محققان را قادر ساخت که جرم الکترون ها را در همه مسیرها سه برابر بیشتر از آنچه انتظار می رفت مقدار بگیرند.

وی اضافه نمود: این واقعاً شگفت آور بود، زیرا ما انتظار چنین الکترون های سنگینی را در یک فلز به ظاهر ساده نداشتیم. در نهایت ما فهمیدیم که برهم کنش قوی الکترون و فونون مسئول این رفتار سنگین الکترون است.

وی ادامه داد: از آنجا که الکترون ها با ارتعاشات شبکه یا فونون ها به شدت در تعامل هستند، به وسیله شبکه کشیده می شوند و به نظر می رسد که جرم خود را افزایش داده و سنگین شده اند. ناگفته نماند که این یک دستاورد عظیم است.

به گفته تفتی، گام بعدی جستجوی وسایلی برای کنترل سیال هیدرودینامیکی الکترون ها در مواد دیگر به غیر از NbGe2 است که می تواند منجر به توسعه نسل نوی از دستگاه های الکترونیکی گردد که الکترون های آنها می توانند در حالت سیال حرکت نمایند.،ایسنا