科學家首次觀察到“電子漩渦” 有助於設計出更高效的電子產品

麻省理工學院(MIT)的研究人員首次觀察到“電子漩渦”。這種類似流體的奇怪電子行為可用於低功率下一代電子產品,可能會使電子產品更加高效。

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儘管它們是離散的粒子,但水分子以液體的形式集體流動,產生溪流、波浪、漩渦和其他經典的流體現象。雖然電流也是不同粒子(在這種情況下是電子)的構造,但粒子是如此之小,以至於當電子穿過普通金屬時,它們之間的任何集體行為都會被更大的影響所淹沒。但是,在某些材料和特定條件下,這種影響會逐漸消失,電子可以直接相互影響。在這些情況下,電子可以像流體一樣集體流動。

據預測,在理想的條件下–在接近絕對零度的溫度和純凈的無缺陷材料中–量子效應應該接管它們的運動,並允許它們作為一種電子流體流動,具有蜂蜜般的粘度。如果科學家們能夠利用這一點,就可以製造出更有效的電子設備,使電力流動的阻力減少。

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在新研究中,麻省理工學院的團隊已經觀察到了電子流體的一個明顯跡象–“漩渦”。這些是流體中常見的結構,但不是電子通常可以產生的,因此它們以前從未被觀察到。研究人員在二碲化鎢的晶體中發現了“電子漩渦”。

該研究的共同作者Leonid Levitov說:“二碲化鎢是新的量子材料之一,在這種材料中,電子具有強烈的相互作用,並表現為量子波而不是粒子。此外,這種材料非常乾淨,這使得類似流體的行為可以直接獲得。”

在這種材料中,研究小組蝕刻了一個狹窄的通道,兩側有一個圓形的腔室,然後在其中運行電流並測量電子流。在像黃金這樣的標準材料中,電子總是沿着相同的大方向流動,即使它們分散到各個腔室,然後又回到中央通道。但是在二碲化鎢中,電子在圓形腔室中旋轉,扭轉方向併產生“漩渦”。

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Levitov說:“電子漩渦在理論上是可以預期的,但一直沒有直接的證據,眼見為實。現在我們已經看到了它,它是處於這個新體系中的明顯標誌,在這個體系中,電子錶現為一種流體,而不是單個粒子。”

該團隊表示,對一個長期預測的確認可以幫助科學家們設計出更高效的電子產品。

該研究發表在《自然》雜誌上。

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