Los físicos del Instituto de Ciencias Weizmann en Israel han obtenido imágenes de electrones que fluyen viscosamente a través de un nanodispositivo, como el agua que fluye por una tubería. Previsto durante mucho tiempo, pero solo ahora visualizado por primera vez, este nuevo y curioso comportamiento de los electrones tiene importantes implicaciones para los futuros dispositivos electrónicos.

Desde rugientes olas hasta remolinos de remolinos, el flujo de un líquido puede ser extremadamente rico. Fenómenos tan variados son el resultado de las muchas colisiones que ocurren entre las partículas que componen un líquido, y está descrito por la física de la hidrodinámica. Sin embargo, a pesar de tener carga negativa, los electrones generalmente fluyen a través de un conductor como un gas de manera aleatoria, esencialmente sin repelerse entre sí. Esto se debe a que la mayoría de los conductores están hechos de materiales muy desordenados, y los electrones que fluyen hacia el interior chocan con mayor frecuencia con las muchas impurezas e imperfecciones. Para hacer que los electrones fluyan como un líquido, se necesita un conductor más avanzado, por ejemplo, grafeno:una hoja de carbono de un átomo de espesor, que se puede limpiar excepcionalmente. “Las teorías sugieren que los electrones líquidos pueden realizar hazañas geniales que sus contrapartes balísticas o difusivas no pueden. Pero para obtener una prueba clara de que los electrones pueden formar un estado líquido, queríamos visualizar directamente su flujo, "dijo el profesor Shahal Ilani, jefe del equipo de Weizmann en el Departamento de Física de la Materia Condensada.

Visualizar el flujo de electrones hidrodinámicos en un material como el grafeno no es sencillo, aunque, ya que requiere una técnica especial que sea a la vez lo suficientemente poderosa para mirar dentro de un material, pero lo suficientemente suave para evitar interrumpir el flujo de electrones. El equipo de Weizmann creó tal técnica, que publicaron recientemente en Nanotecnología de la naturaleza . Produjeron un detector a nanoescala construido a partir de un transistor de nanotubos de carbono que puede obtener imágenes de las propiedades de los electrones que fluyen con una sensibilidad sin precedentes. "Nuestra técnica es al menos 1000 veces más sensible que los métodos alternativos, lo que nos permite visualizar fenómenos que anteriormente solo podían estudiarse indirectamente, "dijo el Dr. Joseph Sulpizio, de Weizmann.

En su nuevo periódico, ahora publicado en Naturaleza , los investigadores de Weizmann aplicaron su novedosa técnica de imágenes a los dispositivos de grafeno de última generación producidos por el grupo del profesor Andre Geim de la Universidad de Manchester. Estos dispositivos tienen la forma de canales que guían los electrones que fluyen, similar a la forma en que una tubería guía el flujo de agua. Y así como el agua fluye por una tubería, Se observó que los electrones en el grafeno fluían más rápido en el centro de los canales y más lento en las paredes. que es el sello distintivo del flujo hidrodinámico.

Este trabajo demuestra que los electrones pueden imitar los patrones de un fluido convencional. Esto puede resultar beneficioso para crear nuevos tipos de dispositivos electrónicos, incluidos los dispositivos de baja potencia en los que el flujo hidrodinámico reduce la resistencia eléctrica. "Los centros de computación y la electrónica de consumo están consumiendo una cantidad de energía cada vez mayor, y a la luz del cambio climático, es imperativo encontrar formas de hacer que los electrones fluyan con menos resistencia, "dijo el Dr. Lior Ella de Weizmann.