研究人员确认“超弹性”电子流理论 2017-04-09 13:17:01

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当电子单独行进通过一个收缩的开口时,它们会从两侧的墙壁反弹,失去它们的动量以及它们的一些能量但是当电子以密集的组运行时,它们更可能相互反弹而不是墙壁,快速旅行图片来源:Jose-Luis Olivares /麻省理工学院新的实验证实了“超弹性”电子流的理论,揭示了电子在粘性流体中如何像粒子一样表现,以帮助一束电子在狭小的空间中挤压当许多人试图同时挤压一条通道,它会造成一个瓶颈,让每个人都慢下来

事实证明,对于电子来说,情况正好相反,当大群旅行时,电子可以更快地穿过小开口而不是单独飞行时所谓的理论超弹性流动预测电子可以通过相互作用更容易通过收缩,从而“合作”,而不是他们可以独立这个理论在今年早些时候由麻省理工学院物理学教授Leonid Levitov Now领导的一篇论文中提出,本周发表在英国曼彻斯特大学自然物理杂志上的一篇论文中,与Levitov一起工作

麻省理工学院的本科生Haoyu Guo,在一项实验中证实了这一理论,该实验采用了由石墨烯原子薄层构建的装置

超弹性流动背后的理念是电子之间的相互作用使它们以高度协调的方式运动,模仿高粘度颗粒的行为

流体当单独行进的电子通过一个收缩的开口时,它们会从两侧的墙壁反弹,失去它们的动量以及它们的一些能量但是当电子以密集的组运行时,它们更可能互相反弹这些电子 - 电子碰撞被称为“无损耗”,因为两个粒子的总能量和净动量保守在这个过程中,单个电子的动量可以迅速变化,但是整体动量守恒确保了损耗非常低

因此,电子一起能够更快地传播,并且比它们更容易通过收缩仅仅“理论上已经预见到了粘性的电子流,但从未观察到,部分是因为当时材料不够好,部分是因为没有什么好的建议可以寻找,”Levitov说要使粘性流更容易为了确定,列维托夫的理论论文建议强迫电子通过收缩,产生电流

这与19世纪研究人员通过使流体通过狭窄通道来研究粘度的方式类似

“如果你通过收缩流动电流,条件是正确的,流动是粘性的...该流动的阻力将是异常低的,即低于tha对于自由粒子流的预期,“Levitov说可以测量这种阻力下降,揭示粘性流动的存在使用Levitov之前的论文中理论上描述的实验装置,曼彻斯特研究人员,由物理学教授和诺贝尔奖获得者领导Andre Geim在氮化硼晶体之间的石墨烯片中仔细蚀刻了一系列收缩或夹点“团队将石墨烯片蚀刻成一个形状,形成了几个收缩,按顺序排列,然后它们施加电流因此,它一个接一个地流过所有这些收缩,“莱维托夫说,然后研究人员独立地测量每个收缩部分的电位下降,允许他们检测通过设备中每个夹点的流速

他们发现电导率是电子超过了自由电子可能达到的最大电导,称为Landauer的弹道极限lso发现电子的电导随着温度的升高而增加通过这种方式,研究人员能够在短短几天内验证Levitov和Guo的原始预测.Levitov说这可能是他在整个过程中预测的最快实验证据职业生涯,用最长的约20年时间来证明为了证实他们的发现,研究人员随后用一系列不同的石墨烯装置重复了实验,并获得了相同的结果 Levitov说,这项工作指向利用电子之间的相互作用来设计低功率电子器件的可能性

但更重要的是,它在我们对电荷流物理学的理解中开辟了新的领域,其中电子以集体方式表现电子 - 哈佛大学物理学教授Amir Yacoby表示,电子相互作用已成为各种新颖和令人兴奋的物理学的主要因素,但这些相互作用的影响通常会随着温度的降低而变得更强

流体动力学电子流动体系是电子 - 电子相互作用的又一个非常丰富的表现形式,而且这次它随着温度的升高而增长,“Yacoby说这表明这些效应中的一些可能比以往更容易观察”所描述的特殊现象在理论和实验中,一个新的电导制度的一个美好的例子却没有之前已经探索过,“他说Levitov和他的团队现在正在调查这些研究结果的影响

特别是他们计划在新的流体力学体系内研究热传输”看起来这个新制度中的热传输也非常令人惊讶,而且更多比我们最初认为的有趣,“他说”这种流体力学机制可能用于以新的方式控制电子系统中的热流“出版物:R Krishna Kumar等,”通过石墨烯收缩的粘性电子流体的超弹性流动“,自然物理学(2017)doi:101038 / nphys4240资料来源:Helen Knight,麻省理工学院新闻