Команда исследователей из Бостонского колледжа создала новый образец металла, в котором движение электронов происходит так же, как в жидкостях.
Ученые хотели проверить недавнее предсказание существования электрон-фононной жидкости. Фононы представляют собой колебания кристаллической решетки.
Как правило, электроны рассеиваются фононами, что приводит к обычному диффузионному движению этих частиц в металлах. Новая теория исследователей показывает, что если электроны взаимодействуют с фононами очень хорошо, то они могут образовывать единую электрон-фононную жидкость.
Металлический сверхпроводник, который вызывает такое поведение, представляет собой химическое соединение ниобия и германия, называемое дитетрелидом — NbGe2. Это может привести к появлению нового типа электронного устройства.
«Обычно электроны рассеиваются на фононах, что приводит к обычному диффузионному движению электронов в металлах. Новая теория указывает, что взаимодействующие с фононами электроны образуют объединенную электрон-фононную жидкость. Эта новая жидкость будет течь внутри металла так же, как вода течет по трубе», — объясняет Фазель Тафти, ведущий автор исследования.
Три эксперимента подтвердили гипотезу электрон-фононной жидкости, сформулированную учеными:
Измерение удельного электрического сопротивления металла показало, что электроны обладают большей массой, чем можно было бы ожидать;
Анализ комбинационного рассеяния света при помощи лазера показал, что колебания NbGe2 изменились из-за необычного потока электронов;
Методы дифракции рентгеновских лучей выявили кристаллическую структуру металла. Исследователи определили, что масса электронов была в три раза больше, чем ожидалось.
«Мы не ожидали появления таких тяжелых электронов в простом металле. Оказалось, что сильное электрон-фононное взаимодействие влияет на поведение тяжелых электронов. Поскольку электроны близко взаимодействуют с колебаниями решетки и фононами, они подтягиваются за решеткой, из-за чего появляется впечатление, словно они приобрели массу и стали тяжелыми», — рассказывает Тафти.
В будущем исследователи займутся поиском материалов, в которых электроны движутся в гидродинамическом режиме под влиянием электрон-фононных взаимодействий. Команда исследователей также сосредоточится на управлении «электронной жидкостью» в таких материалах и разработке новых электронных устройств.
