科學(xué)家首次觀測到電子在漩渦中流動(dòng)，這對下一代電子產(chǎn)品有重大影響
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盡管理論上預(yù)測了電子，但直到現(xiàn)在才看到電子在漩渦中流動(dòng)。
你有沒有留意過排干浴缸或水槽時(shí)形成的漩渦，然后想：電子是否可以像這樣流動(dòng)？但物理學(xué)家?guī)资陙硪恢痹谒伎歼@個(gè)問題?，F(xiàn)在，科學(xué)家首次在漩渦中觀測到電子在漩渦中流動(dòng)。
水分子相互影響，產(chǎn)生類流體力學(xué)的集體行為。
由于電子如此之小，任何集體行為在通過金屬傳導(dǎo)時(shí)通常都會被淹沒。但是，在特定條件下和特定材料下，電子的行為可以與其他流體一樣。
事實(shí)上，理論家已經(jīng)預(yù)測了一段時(shí)間，電子應(yīng)該會表現(xiàn)出龍卷風(fēng)般的流動(dòng)?，F(xiàn)在，來自美國麻省理工學(xué)院（MIT）和以色列魏茨曼科學(xué)研究所的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)是第一個(gè)真正觀察到電子在渦流中流動(dòng)的人。
該團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然》雜志上，據(jù)說能夠幫助生產(chǎn)下一代、更高效的電子產(chǎn)品。
麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授Leonid Levitov表示：“理論上預(yù)計(jì)電子渦流是預(yù)期的，但沒有直接的證據(jù)，視覺就是相信”。“現(xiàn)在我們已經(jīng)看到了，這是處于這種新制度中的明確標(biāo)志，在這個(gè)制度中，電子表現(xiàn)為流體，而不是單個(gè)粒子”。
通常，當(dāng)電子在金屬或半導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，它們的路徑首先取決于材料中的雜質(zhì)和振動(dòng)。
但當(dāng)這些經(jīng)典考慮被刪除時(shí)，量子效應(yīng)就會接管，電子開始影響彼此的量子行為。然后，電子開始作為粘性蜂蜜狀電子流體集體移動(dòng)。
這種行為在幾乎沒有雜質(zhì)的金屬（稱為“超清潔”金屬）和接近絕對零度的溫度中應(yīng)該很明顯。
這不是第一次在電子中看到類似液體的行為。Levitov和他的曼徹斯特大學(xué)同事早在2017年就報(bào)告了電子流動(dòng)墨烯的流動(dòng)性特征。
這促使萊維托夫探索電子中的其他流體現(xiàn)象。漩渦是最大的渦。正如作者在《自然》論文中寫道：“盡管有許多理論預(yù)測，但常規(guī)流體流動(dòng)中最引人注目和無處不在的特征，即渦流和湍流的形成，尚未在電子流體中觀察到”。
因此，該團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了二碲化鎢（WTe2）的單原子層，這是一種超清潔的金屬化合物，在那里可以看到有趣的電子效應(yīng)。
二碲化鎢是電子強(qiáng)烈相互作用并表現(xiàn)為量子波而不是粒子的新量子材料之一。此外，材料非常干凈，這使得流體樣的行為可以直接訪問。
該小組蝕刻了二碲化鎢中電子側(cè)室的路徑，對金片也進(jìn)行了同樣的操作，以比較標(biāo)準(zhǔn)金屬中的流動(dòng)與普通電子行為。將兩個(gè)樣本冷卻到絕對零度以上4.5°C，研究人員通過它們傳遞電流，并測量了特定點(diǎn)的流量。
不出所料，金片中的電子不會反轉(zhuǎn)，即使面對側(cè)室。然而，二碲化鎢中的電子通過主通道流動(dòng)，并旋轉(zhuǎn)到側(cè)室，形成小漩渦，然后重新加入中心路徑。
研究團(tuán)隊(duì)觀察到腔室的流動(dòng)方向發(fā)生了變化，與中央帶的流動(dòng)方向相反?！八c普通流體中的物理學(xué)相同，但發(fā)生在納米尺度上的電子上，這是電子處于流體狀態(tài)的明確特征”。
除了首次直接觀測電子漩渦外，這些發(fā)現(xiàn)還為設(shè)計(jì)電流流阻力較小的低功率器件提供了機(jī)會。
我們知道當(dāng)電子處于流體狀態(tài)時(shí)，[能量]耗散會下降，這對于試圖設(shè)計(jì)低功耗電子產(chǎn)品很重要。
“這一新觀察是朝著這個(gè)方向邁出的又一步”。
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