波士頓學院的一個研究小組創造了一種新的金屬標本，其中電子的運動與水在管道中流動的方式相同–從根本上改變了從顆粒到流體的動力學。波士頓學院物理學助理教授Fazel Tafti與來自德克薩斯大學達拉斯分校和佛羅里達州立大學的同事合作，在金屬超導體–鈮和鍺（NbGe2）的合成物中發現，電子和聲子之間的強烈互動改變了電子從擴散（或粒子狀）到流體動力（或液體狀）的傳輸機制。
這些發現標誌着首次在NbGe2內部發現了電子-聲子液體。
Tafti說：”我們想測試一下最近對’電子-聲子液體’的預測，”他指出，聲子是晶體結構的振動。”通常情況下，電子被聲子散射，這導致了金屬中電子通常的擴散運動。一個新的理論表明，當電子與聲子強烈互動時，它們將形成一個聯合的電子-聲子液體。這種新型液體將在金屬內部流動，與水在管道中流動的方式完全相同”。
通過證實理論家的預測，實驗物理學家Tafti與波士頓學院物理學教授Kenneth Burch、FSU的Luis Balicas和UT-Dallas的Julia Chan合作–表示這一發現將刺激對這種材料及其潛在應用的進一步探索。
Tafti指出，我們的日常生活依賴於管道中的水流和電線中的電子。儘管聽起來很相似，但這兩種現象在本質上是不同的。水分子作為流體的連續體流動，而不是作為單獨的分子流動，遵守流體力學的規律。然而，電子作為單獨的粒子流動，並在金屬內部擴散，因為它們被晶格振動散射開來。
該團隊的調查以及研究生研究員Yang Hongyu（他在2021年獲得了不列顛哥倫比亞省的博士學位）的重大貢獻集中在新金屬NbGe2中的電流傳導。他們應用了三種實驗方法：電阻率測量顯示電子的質量高於預期；拉曼散射顯示由於電子的特殊流動，NbGe2晶體的振動行為發生了變化；X射線衍射顯示了該材料的晶體結構。通過使用一種被稱為”量子振蕩”的特殊技術來評估材料中電子的質量，研究人員發現所有軌跡中電子的質量比預期值大三倍。
“這確實令人驚訝，因為我們沒有想到在一種看似簡單的金屬中會有如此’重的電子’，”Tafti說。”最終，我們理解到強的電子-聲子相互作用是造成重電子行為的原因。因為電子與晶格振動或聲子的相互作用很強，它們被晶格’拖動’，看起來好像它們獲得了質量，變得很重。”
Tafti說，下一步是通過利用電子-聲子的相互作用來尋找這種流體力學體系中的其他材料。他的團隊還將專註於控制此類材料中電子的流體力學，並設計新的電子設備。