新金属发现:电子流动的方式与水在管道中流动的方式相同

时间:2021-09-10 08:41:01   作者:
电子流动的方式与水在管道中流动的方式相同

发现证实了某些金属样品可以支持电子-声子液相的理论预测。波士顿学院的一个研究小组在《自然通讯》杂志上报道说,他们创造了一种新的金属样品,其中电子的流动方式与水在管道中的流动方式相同——从根本上改变了从颗粒状到流体状的动力学。

工作与同事从德克萨斯大学达拉斯和佛罗里达州立大学,波士顿学院物理系助理教授泽Tafti中发现金属超导铌的合成和锗(NbGe2),电子和声子之间的强相互作用改变了运输的电子扩散,或粒子状,流体力学或流体状。

通过证实理论学家的预测,实验物理学家Tafti和他波士顿学院的同事物理学教授Kenneth Burch,佛罗里达大学的Luis Balicas和犹他大学的Julia Chan说,这一发现将刺激对这种材料及其潜在应用的进一步探索。

研究指出,我们的日常生活依赖于水管中的水流和电线中的电子。这两种现象听起来很相似,但本质上是不同的。水分子作为连续体流动,而不是作为单独的分子,遵循流体力学定律。然而,电子以单个粒子的形式流动,并因晶格振动而分散,在金属内部扩散。

该研究小组的研究重点是新金属NbGe2的导电性能,而研究生杨洪宇(Hung-Yu Yang)的研究做出了重大贡献。杨洪宇于2021年在BC大学获得博士学位。

他们采用了三种实验方法:电阻率测量显示电子的质量高于预期;由于特殊的电子流动,喇曼散射表现出NbGe2晶体振动行为的变化;x射线衍射揭示了材料的晶体结构。

研究通过使用一种被称为量子振荡的特殊技术来评估材料中的电子质量,研究人员发现,所有轨道上的电子质量都是预期值的三倍。塔夫提的工作得到了美国国家科学基金会的支持。

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这确实令人惊讶,因为我们没想到在一种看似简单的金属中会有如此重电子。最终,我们明白了强电子-声子相互作用是重电子行为的原因。因为电子与晶格振动或声子强烈地相互作用,它们被晶格拖拽,看起来好像它们获得了质量并变得重了。

项目下一步是通过利用电子-声子相互作用,找到这种流体力学状态下的其他材料。他的团队还将专注于控制这些材料中的电子流体力学,并设计新的电子设备。
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