Οι δίνες ή στροβιλισμοί είναι χαρακτηριστικό της κίνησης των ρευστών όπως το νερό. Σε ένα πολύ ενδιαφέρον πείραμα παρατηρήθηκε άμεσα, για πρώτη φορά, η συμπεριφορά των ηλεκτρονίων ως τυπικό ρευστό που εμφανίζει στροβιλισμούς.
Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα διαρρέει τα μέταλλα και τους ημιαγωγούς, η ορμή και οι τροχιές των ηλεκτρονίων του ρεύματος επηρεάζονται από τις προσμίξεις στο υλικό και τις δονήσεις των ατόμων του κρυσταλλικού πλέγματος. Αυτές οι διεργασίες κυριαρχούν στη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων στα συνηθισμένα υλικά. Όμως, οι θεωρητικοί φυσικοί έχουν προβλέψει ότι ελλείψει τέτοιων συνηθισμένων κλασικών διαδικασιών, τα κβαντικά φαινόμενα θα έπρεπε να κυριαρχoύν. Δηλαδή, τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται συλλογικά, ως ένα παχύρρευστο ρευστό ηλεκτρονίων – σαν μέλι. Αυτή η συμπεριφορά που μοιάζει με ρευστό θα πρέπει να εμφανίζεται σε υλικά με εξαιρετική καθαρότητα και σε θερμοκρασίες πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν.
Το 2017, ο καθηγητής του MIT Leonid Levitov και οι συνεργάτες του από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ ανέφεραν ενδείξεις συμπεριφοράς ηλεκτρονίων ως ρευστό σε γραφένιο. Σύμφωνα με τη νέα δημοσίευση των ερευνητών Levitov et al, ‘Direct observation of vortices in an electron fluid‘, παρατηρήθηκαν στροβιλισμοι στη ροή των ηλεκτρονίων – ένα χαρακτηριστικό των ρευστών που οι θεωρητικοί είχαν προβλέψει για τα ηλεκτρόνια, αλλά αυτό δεν έχει διαπιστωθεί ποτέ μέχρι σήμερα.
Πρόκειται για μια σαφή υπογραφή ηλεκτρονίων που βρίσκονται σε μια κατάσταση που μοιάζει με ρευστό. Kαι δεν παύει να είναι εντυπωσιακό το ότι η ίδια η φυσική που ισχύει για τα συνηθισμένα ρευστά, μπορεί να εφαρμοστεί και στα ηλεκτρόνια σε νανοκλίμακα.
Ο ερευνητές επικεντρώθηκαν σε ένα κράμα βολφραμίου-τελλουρίου (WTe2), μια εξαιρετικά καθαρή μεταλλική ένωση που παρουσιάζει εξωτικές ηλεκτρονικές ιδιότητες όταν απομονώνεται σε λεπτή δισδιάστατη μορφή πάχους ενός ατόμου.
Σύμφωνα με τον Levitov, «το δι-τελλούριο του βολφραμίου είναι ένα από τα υλικά όπου τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν ισχυρά και συμπεριφέρονται ως κβαντικά κύματα παρά ως σωματίδια. Επιπλέον, το υλικό αυτό είναι πολύ καθαρό, γεγονός που καθιστά τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων να μοιάζει με ρευστό και άμεσα παρατηρησιμη».
Οι ερευνητές παρατήρησαν τα ηλεκτρόνια που έρεαν στο διτελλούριο του βολφραμίου, να έχουν στρωτή ροή μέσα στα διαμορφωμένα κανάλια και να στροβιλίζονται σε κάθε πλευρικό θάλαμο (βλέπε σχήμα), όπως το νερό όταν αδειάζεται σε ένα μπολ. Τα ηλεκτρόνια δημιούργησαν μικρές δίνες πριν καταλήξουν πίσω στο κύριο κανάλι. Σύμφωνα με τον Levitov, «παρατηρήσαμε μια αντιστροφή στην κατεύθυνση ροής στους πλευρικούς θαλάμους σε σύγκριση με αυτή στην κεντρική λωρίδα».
Ίσως κάποιος να ισχυριζόταν πως το παραπάνω πείραμα δεν είναι η πρώτη παρατήρηση στροβιλισμού ηλεκτρονίων, αφού αυτό είναι συνηθισμένο φαινόμενο στην υπεραγώγιμη κατάσταση: εκεί σχηματίζονται δίνες γύρω από τις μαγνητικές δυναμικές γραμμές που διασχίζουν τους υπεραγωγούς τύπου II. Όμως σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται ως υπερρευστό, και αυτό που ρέει είναι τα ζεύγη ηλεκτρονίων Cooper. Στο τωρινό πείραμα, έχουμε μεμονωμένα ηλεκτρόνια, που δεν βρίσκονται σε υπεραγώγιμη κατάσταση, επομένως πρόκειται για πραγματική τυρβώδη ροή ηλεκτρονίων.
πηγή: http://www.sci-news.com/physics/electron-fluid-vortices-10976.html
Κατηγορίες:ΦΥΣΙΚΗ
physicsgg 
Σχολιάστε