Un equipo de investigadores del Boston College ha creado una nueva muestra metálica en la que el movimiento de los electrones fluye de la misma manera que el agua fluye en una tubería, cambiando fundamentalmente de una dinámica similar a una partícula a una dinámica similar a la de un fluido. el equipo informa en Comunicaciones de la naturaleza .

Trabajando con colegas de la Universidad de Texas en Dallas y la Universidad Estatal de Florida, El profesor asistente de física de Boston College, Fazel Tafti, encontró en el superconductor de metal, una síntesis de niobio y germanio (NbGe ₂ ), que una fuerte interacción entre electrones y fonones altera el transporte de electrones desde el difusivo, o como una partícula, a hidrodinámico, o similar a un fluido, régimen.

Los hallazgos marcan el primer descubrimiento de un electrón-fonón líquido dentro de NbGe ₂ , Dijo Tafti.

"Queríamos probar una predicción reciente del 'fluido electrón-fonón', "Tafti dijo, observando que los fonones son las vibraciones de una estructura cristalina. "Típicamente, los electrones son dispersados ​​por fonones, lo que conduce al movimiento de difusión habitual de los electrones en los metales. Una nueva teoría muestra que cuando los electrones interactúan fuertemente con los fonones, Formarán un líquido unido de electrones y fonones. Este nuevo líquido fluirá dentro del metal exactamente de la misma manera que el agua fluye por una tubería ".

Confirmando las predicciones de los teóricos, el físico experimental Tafti, trabajando con su colega de Boston College, el profesor de física Kenneth Burch, Luis Balicas de FSU, y Julia Chan de UT-Dallas, dice que el descubrimiento estimulará una mayor exploración del material y sus aplicaciones potenciales.

Tafti señaló que nuestra vida diaria depende del flujo de agua en las tuberías y de los electrones en los cables. Por muy similares que parezcan, los dos fenómenos son fundamentalmente diferentes. Las moléculas de agua fluyen como un continuo fluido, no como moléculas individuales, obedeciendo las leyes de la hidrodinámica. Electrones sin embargo, fluyen como partículas individuales y se difunden en el interior de los metales a medida que se dispersan por las vibraciones reticulares.

La investigación del equipo, con contribuciones significativas del investigador estudiante de posgrado Hung-Yu Yang, quien obtuvo su doctorado en BC en 2021, centrado en la conducción de electricidad en el nuevo metal, NbGe ₂ , Dijo Tafti.

Aplicaron tres métodos experimentales:las mediciones de resistividad eléctrica mostraron una masa de electrones superior a la esperada; La dispersión Raman mostró un cambio de comportamiento en la vibración del NbGe ₂ cristal debido al flujo especial de electrones; y la difracción de rayos X reveló la estructura cristalina del material.

Mediante el uso de una técnica específica conocida como "oscilaciones cuánticas" para evaluar la masa de electrones en el material, los investigadores encontraron que la masa de electrones en todas las trayectorias era tres veces mayor que el valor esperado, dijo Tafti, cuyo trabajo es apoyado por la National Science Foundation.

"Esto fue realmente sorprendente porque no esperábamos 'electrones tan pesados' en un metal aparentemente simple, "Tafti dijo." Eventualmente, entendimos que la fuerte interacción electrón-fonón era responsable del comportamiento de los electrones pesados. Debido a que los electrones interactúan con las vibraciones de la red, o fonones, fuertemente, son 'arrastrados' por la celosía y parece que han ganado masa y se han vuelto pesados ​​".

Tafti dijo que el siguiente paso es encontrar otros materiales en este régimen hidrodinámico aprovechando las interacciones electrón-fonón. Su equipo también se centrará en controlar el fluido hidrodinámico de electrones en dichos materiales y en diseñar nuevos dispositivos electrónicos.