科学探索|新发现的新型金属在电子在管道中的流动方式与水非常类似新发现的新型金属在电子在管

波士顿学院的一个研究小组创造了一种新的金属标本，其中电子的运动与水在管道中流动的方式相同--从根本上改变了从颗粒到流体的动力学。波士顿学院物理学助理教授Fazel Tafti与来自德克萨斯大学达拉斯分校和佛罗里达州立大学的同事合作，在金属超导体--铌和锗（NbGe2）的合成物中发现，电子和声子之间的强烈互动改变了电子从扩散（或粒子状）到流体动力（或液体状）的传输机制。
这些发现标志着首次在NbGe2内部发现了电子-声子液体。
【科学探索|新发现的新型金属在电子在管道中的流动方式与水非常类似】

文章图片
Tafti说："我们想测试一下最近对'电子-声子液体'的预测，"他指出，声子是晶体结构的振动。"通常情况下，电子被声子散射，这导致了金属中电子通常的扩散运动。一个新的理论表明，当电子与声子强烈互动时，它们将形成一个联合的电子-声子液体。这种新型液体将在金属内部流动，与水在管道中流动的方式完全相同" 。
通过证实理论家的预测，实验物理学家Tafti与波士顿学院物理学教授Kenneth Burch、FSU的Luis Balicas和UT-Dallas的Julia Chan合作--表示这一发现将刺激对这种材料及其潜在应用的进一步探索。
Tafti指出，我们的日常生活依赖于管道中的水流和电线中的电子。尽管听起来很相似，但这两种现象在本质上是不同的。水分子作为流体的连续体流动，而不是作为单独的分子流动，遵守流体力学的规律。然而，电子作为单独的粒子流动，并在金属内部扩散，因为它们被晶格振动散射开来。
该团队的调查以及研究生研究员Yang Hongyu（他在2021年获得了不列颠哥伦比亚省的博士学位）的重大贡献集中在新金属NbGe2中的电流传导。他们应用了三种实验方法：电阻率测量显示电子的质量高于预期；拉曼散射显示由于电子的特殊流动，NbGe2晶体的振动行为发生了变化；X射线衍射显示了该材料的晶体结构。通过使用一种被称为"量子振荡"的特殊技术来评估材料中电子的质量，研究人员发现所有轨迹中电子的质量比预期值大三倍。
"这确实令人惊讶，因为我们没有想到在一种看似简单的金属中会有如此'重的电子'，"Tafti说。"最终，我们理解到强的电子-声子相互作用是造成重电子行为的原因。因为电子与晶格振动或声子的相互作用很强，它们被晶格'拖动'，看起来好像它们获得了质量，变得很重。"
Tafti说，下一步是通过利用电子-声子的相互作用来寻找这种流体力学体系中的其他材料。他的团队还将专注于控制此类材料中电子的流体力学，并设计新的电子设备。