Движение электронов сравнили с течением воды сквозь трубу
Физики из израильского Института науки Вайцмана показали, что электроны вязко движутся сквозь наноустройство, как вода по трубе. Эффект предсказали давно, но визуализировали только сейчас.
Открытие может сыграть важную роль в разработке нового поколения электроники, сообщает sciencedaily.com. Движение жидкости, включая столкновения ее частиц, подробно описано гидродинамикой. Но электроны, несмотря на отрицательный заряд, обычно проходят сквозь проводник как газ, в случайном порядке, не отталкивая друг друга. Причина в беспорядочной структуре материала. Электроны в проводнике чаще сталкиваются со множеством дефектов. Чтобы они двигались как жидкость, требуются более качественные структуры, вроде графена.
«Теории предполагают, что такие электроны могут выполнять интересные задачи, недоступные их баллистическим или диффузионным аналогам. Но, чтобы доказать их, требовалось визуализировать процесс», — сказал профессор Шахал Илани.
Напрямую показать поток частиц в материале, вроде графена, сложно. Требуются специальные техники, достаточно мощные для проникновения внутрь структуры и аккуратные, чтобы не нарушить движение электронов. Исследователи создали такой метод, описанный в Nature Nanotechnology. Они изготовили наномерный детектор из углеродного нанотрубчатого транзистора, способный визуализировать поток электронов с невероятной чувствительностью.
«Техника минимум в 1000 раз эффективнее альтернативных методов. Она позволяет визуализировать явления, которые раньше изучались только косвенно», — сказал доктор Джозеф Сулпизио.
В новом исследовании, представленном в Nature, команда использовала методику для анализа современных графеновых устройств, изготовленных группой профессора Андре Гейма из Манчестерского университета. Аппараты имеют форму каналов, направляющих электроны, как трубы – воду. Частицы двигались быстрее в центре канала и медленнее – у стенок, в соответствии с гидродинамическими принципами.
Проект показал, что электроны могут имитировать поведение воды. Это поможет создать новые типы устройств, включая маломощные приборы, где гидродинамический поток снижает электрическое сопротивление.
«Вычислительные центры и потребительская электроника потребляют невероятное количество энергии. На фоне глобального потепления необходимо искать способы заставить электроны двигаться с меньшим сопротивлением», — сказал доктор Лиор Элла.
