Conception d'artiste de l'hydrodynamique électronique, illustré comme une rivière d'électrons circulant dans le graphène. La viscosité générée par la répulsion entre les électrons (boules rouges) les fait circuler avec une densité de courant parabolique, représenté par le front d'onde de mousse blanche. Crédit : Institut des sciences Weizmann 
Des vagues rugissantes aux tourbillons tourbillonnants, l'écoulement d'un liquide peut être extrêmement riche. Des phénomènes aussi variés sont le résultat des nombreuses collisions qui se produisent entre les particules qui composent un liquide, et est décrit par la physique de l'hydrodynamique. Cependant, malgré sa charge négative, les électrons circulent généralement à travers un conducteur comme un gaz de manière aléatoire essentiellement sans se repousser. En effet, la plupart des conducteurs sont fabriqués à partir de matériaux très désordonnés, et les électrons circulant à l'intérieur se heurtent plus fréquemment aux nombreuses impuretés et imperfections. Pour faire couler les électrons comme un liquide, il faut un conducteur plus avancé, par exemple, le graphène - une feuille de carbone d'un atome d'épaisseur, qui peut être rendu exceptionnellement propre. "Les théories suggèrent que les électrons liquides peuvent effectuer des exploits cool que leurs homologues balistiques ou diffusifs ne peuvent pas. Mais pour obtenir une preuve claire que les électrons peuvent effectivement former un état liquide, nous voulions visualiser directement leur flux, " a déclaré le professeur Shahal Ilani, chef de l'équipe Weizmann au Département de physique de la matière condensée.
Visualiser le flux d'électrons hydrodynamique dans un matériau comme le graphène n'est pas simple, bien que, car cela nécessite une technique spéciale qui est simultanément suffisamment puissante pour scruter à l'intérieur d'un matériau, assez doux pour éviter de perturber le flux d'électrons. L'équipe Weizmann a créé une telle technique, qu'ils ont publié récemment dans Nature Nanotechnologie . Ils ont produit un détecteur à l'échelle nanométrique construit à partir d'un transistor à nanotubes de carbone qui peut imager les propriétés des électrons en circulation avec une sensibilité sans précédent. "Notre technique est au moins 1000 fois plus sensible que les méthodes alternatives, qui permet d'imager des phénomènes qui auparavant ne pouvaient être étudiés qu'indirectement, " dit le docteur Joseph Sulpizio, de Weizmann.
Dans leur nouveau papier, maintenant publié dans La nature , les chercheurs de Weizmann ont appliqué leur nouvelle technique d'imagerie à des dispositifs de pointe en graphène produits par le groupe du professeur Andre Geim de l'Université de Manchester. Ces dispositifs sont façonnés en canaux qui guident les électrons qui circulent, semblable à la façon dont un tuyau guide l'écoulement de l'eau. Et tout comme l'eau coule dans un tuyau, les électrons dans le graphène ont été observés circulant plus rapidement au centre des canaux et plus lentement au niveau des parois, qui est la marque de l'écoulement hydrodynamique.
Ce travail démontre que les motifs d'un fluide conventionnel peuvent être imités par des électrons. Cela peut s'avérer bénéfique pour la création de nouveaux types d'appareils électroniques, y compris les dispositifs de faible puissance dans lesquels le flux hydrodynamique abaisse la résistance électrique. "Les centres de calcul et l'électronique grand public dévorent une quantité toujours croissante d'énergie, et à la lumière du changement climatique, il est impératif de trouver des moyens de faire circuler les électrons avec moins de résistance, " a déclaré le Dr Lior Ella de Weizmann.
