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Vórtices electrónicos vistos por primera vez

físicos en Instituto de Tecnología de Massachusetts y el Instituto de Ciencias Weizmann Tiene vórtices imaginarios en el líquido de electrones. Esta es la primera vez que ven electrones fluyendo en vórtices, o vórtices, que son características del flujo hidrodinámico.

Los teóricos han predicho durante mucho tiempo vórtices de electrones, o vórtices, para electrones, pero aún no se han visto. Ahora, los físicos lo han visto, una clara señal de estar en este nuevo sistema, donde Los electrones se comportan como líquidos.no como partículas individuales.

Leonid Levitov, profesor de física en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, dijo: «Sabemos cuando los electrones pasan a estado líquido, [energy] La disipación se reduce, y esto es importante en el diseño de electrónica de baja potencia. Esta nueva observación es otro paso en esa dirección».

En 2017, Levitov y sus colegas de la Universidad de Manchester descubrieron signos de un comportamiento electrónico similar a un fluido en grafeno. Grabaron un canal delgado en una hoja de grafeno con varios puntos de pellizco. La corriente también puede fluir a través del canal a través de las restricciones con poca resistencia.

Esto indica que los electrones actuales pueden atravesar los puntos de presión colectivamente, como un líquido, en lugar de obstruirse como granos de arena individuales.

Este descubrimiento inspiró a Levitov a encontrar otros fenómenos en el fluido de electrones. En este nuevo estudio, los físicos buscaron visualizar vórtices de electrones.

Los autores señalan, «La característica más llamativa y predominante del flujo normal de fluidos, la formación de vórtices y turbulencias, aún no se ha observado en los fluidos de electrones a pesar de muchas predicciones teóricas».

Leyenda: En la mayoría de los materiales como el oro (izquierda), los electrones fluyen con un campo eléctrico. Pero los físicos del MIT han descubierto que en el exótico decloruro de tungsteno (derecha), las partículas pueden cambiar de dirección y girar como un líquido. Créditos: Cortesía de los investigadores

Para la visualización, el equipo utilizó decloruro de tungsteno (WTe2), un nuevo material cuántico en el que los electrones interactúan fuertemente y se comportan como ondas cuánticas en lugar de partículas. Comenzaron sintetizando monocristales puros de dicloruro de tungsteno y finas escamas del material.

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Más tarde, utilizando litografía por haz de electrones y técnicas de grabado con plasma, tallaron cada rebanada en un canal central conectado a una cámara circular en ambos lados. El mismo patrón fue grabado en finas láminas de oro.

Luego hicieron pasar corriente a través de la muestra modelada a temperaturas muy bajas de 4,5 K (alrededor de -450 grados Fahrenheit). utilizando una nanoescala Escaneo de dispositivos de interferencia cuántica superconductores (Calamar) En una punta, pueden medir el flujo de corriente en puntos específicos de cada muestra. Squid deja ver al equipo flujo de electrones a través de los canales inscritos.

Descubrieron que los electrones que fluyen a través de canales estampados en láminas de oro lo hacen sin invertir la dirección, incluso cuando algunas corrientes pasan a través de cada cámara lateral antes de unirse a la corriente principal. A su vez, los electrones que fluyen a través del dicloruro de tungsteno fluyen a través del canal y giran hacia cada cámara lateral, como lo hace el agua cuando se descarga en un recipiente. Los electrones formaron pequeños vórtices en cada cámara antes de regresar al canal principal.

Levitov dijo, «Observamos un cambio en la dirección del flujo en las cámaras, donde la dirección del flujo invirtió la dirección en comparación con la banda central. Esto es algo muy sorprendente, la misma física que se encuentra en los líquidos normales pero ocurre con los electrones en una nanoescala. Esta es una clara señal de que los electrones están en un sistema similar a un fluido».

“Los resultados representan la confirmación experimental de una propiedad fundamental de Comportamiento electrónico. También pueden explicar cómo los ingenieros pueden diseñar dispositivos de menor potencia que conducen la electricidad con más fluidez y menos resistencia».

Klaus Enslin, profesor de física en el Instituto Suizo de Tecnología en Zurich en Suiza, que no participó en el estudio, Él dijoY el «Se han informado huellas dactilares de flujo de electrones viscosos en muchos experimentos con diferentes materiales. La predicción teórica del flujo de corrientes de Foucault ahora se ha confirmado experimentalmente, lo que agrega un hito importante en la investigación de este nuevo sistema de transporte».

Referencia de la revista:

  1. Aharon-Steinberg, A., Völkl, T., Kaplan, A. et al. Observación directa de vórtices en un fluido de electrones. templar la naturaleza 607, 74-80 (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-04794-p
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