Une équipe de chercheurs du Boston College a créé un nouveau spécimen métallique où le mouvement des électrons s'écoule de la même manière que l'eau s'écoule dans un tuyau, passant fondamentalement d'une dynamique de type particule à une dynamique de type fluide, l'équipe rend compte en Communication Nature .

En collaboration avec des collègues de l'Université du Texas à Dallas et de la Florida State University, Fazel Tafti, professeur adjoint de physique au Boston College trouvé dans le supraconducteur métallique, une synthèse de Niobium et de Germanium (NbGe 2 ), qu'une forte interaction entre électrons et phonons altère le transport des électrons du diffusif, ou de type particule, à l'hydrodynamique, ou fluide, régime.

Les résultats marquent la première découverte d'un liquide électron-phonon à l'intérieur de NbGe 2 , dit Tafti.

"Nous voulions tester une prédiction récente du 'fluide électron-phonon', " Tafti a dit, notant que les phonons sont les vibrations d'une structure cristalline. "Typiquement, les électrons sont diffusés par les phonons, ce qui conduit au mouvement de diffusion habituel des électrons dans les métaux. Une nouvelle théorie montre que lorsque les électrons interagissent fortement avec les phonons, ils formeront un liquide électron-phonon uni. Ce nouveau liquide s'écoulera à l'intérieur du métal exactement de la même manière que l'eau s'écoule dans un tuyau."

En confirmant les prédictions des théoriciens, le physicien expérimental Tafti—travaillant avec son collègue du Boston College, le professeur de physique Kenneth Burch, Luis Balicas de FSU, et Julia Chan de UT-Dallas, affirme que la découverte stimulera une exploration plus approfondie du matériau et de ses applications potentielles.

Tafti a noté que notre vie quotidienne dépend du flux d'eau dans les tuyaux et des électrons dans les fils. Aussi similaires que cela puisse paraître, les deux phénomènes sont fondamentalement différents. Les molécules d'eau s'écoulent comme un continuum fluide, pas comme des molécules individuelles, obéissant aux lois de l'hydrodynamique. électrons, cependant, s'écoulent sous forme de particules individuelles et diffusent à l'intérieur des métaux lorsqu'ils sont dispersés par les vibrations du réseau.

L'enquête de l'équipe, avec des contributions importantes du chercheur étudiant diplômé Hung-Yu Yang, qui a obtenu son doctorat en Colombie-Britannique en 2021, axé sur la conduction de l'électricité dans le nouveau métal, NbGe 2 , dit Tafti.

Ils ont appliqué trois méthodes expérimentales :les mesures de résistivité électrique ont montré une masse plus élevée que prévu pour les électrons; La diffusion Raman a montré un changement de comportement dans la vibration du NbGe 2 cristal en raison du flux spécial d'électrons; et la diffraction des rayons X a révélé la structure cristalline du matériau.

En utilisant une technique spécifique connue sous le nom d'"oscillations quantiques" pour évaluer la masse d'électrons dans le matériau, les chercheurs ont découvert que la masse d'électrons dans toutes les trajectoires était trois fois plus grande que la valeur attendue, dit Tafti, dont les travaux sont soutenus par la National Science Foundation.

« C'était vraiment surprenant parce que nous ne nous attendions pas à des « électrons aussi lourds » dans un métal apparemment simple, " dit Tafti. " Finalement, nous avons compris que la forte interaction électron-phonon était responsable du comportement des électrons lourds. Parce que les électrons interagissent avec les vibrations du réseau, ou phonons, fortement, ils sont « traînés » par le réseau et il semble qu'ils aient pris de la masse et soient devenus lourds. »

Tafti a déclaré que la prochaine étape consiste à trouver d'autres matériaux dans ce régime hydrodynamique en tirant parti des interactions électron-phonon. Son équipe se concentrera également sur le contrôle du fluide hydrodynamique des électrons dans de tels matériaux et sur la conception de nouveaux dispositifs électroniques.