بر اساس مطالعه‌ای که به تازگی در مجله Nature Communications منتشر شده است، گروهی از محققان، یک شیء فلزی جدید ابداع کرده‌اند که در آن الکترون‌ها می‌توانند آزادانه مانند آب در یک لوله جریان یابند و محوری اساسی در رفتار از دینامیک ذرات و مایعات ایجاد کنند.
این مطالعه می‌تواند به نسل جدیدی از دستگاه‌های الکترونیکی منجر شود."فاضل تفتی" استادیار فیزیک کالج بوستون به همراه همکارانش از دانشگاه ایالتی فلوریدا و دانشگاه تگزاس در دالاس با کاوش در یک ابررسانای فلزی شامل ژرمانیوم و نیوبیوم(NbGe2) دریافتند که تعامل قوی بین فونون‌ها و الکترون‌ها باعث تغییر در حرکت آنها از حرکت معمولی به حرکت شبیه به مایع می‌شود.
"تفتی" می‌گوید: این اولین کشف یک مایع الکترون-فونون در ماده NbGe2 است. ما می‌خواستیم پیش بینی اخیر "سیال الکترون-فونون" را آزمایش کنیم. به طور معمول، الکترون‌ها توسط فونون‌ها پراکنده می‌شوند که منجر به حرکت معمول انتشار الکترون‌ها در فلزات می‌شود. این نظریه جدید نشان می‌دهد که وقتی الکترون‌ها به شدت با فونون‌ها تعامل داشته باشند، یک مایع الکترون-فونون متحد تشکیل می‌دهند.
"تفتی" افزود: این مایع جدید دقیقاً به همان روشی که آب در لوله جریان می‌یابد، داخل فلز جریان می‌یابد.
"تفتی" و همکارانش در تأیید این نظریه با این آزمایش معتقدند که این کشف برای ایجاد انگیزه در تجزیه و تحلیل بیشتر مطالب جدید و شناسایی کاربردهای متعدد آن مفید خواهد بود. زندگی مدرن به اندازه جریان آب در لوله‌ها به حرکت الکترون‌های موجود در سیم‌های الکتریکی نیز متکی است و در حالی که این دو خط لوله در هر دو مورد شبیه به نظر می‌رسند، در واقع تفاوت‌های فاحشی با هم دارند. طبق قوانین هیدرودینامیک، آب به عنوان یک سیال پیوسته به جای مولکول‌های مجزا جریان می‌یابد. در مقابل، الکترون‌ها به عنوان ذرات گسسته جریان می‌یابند و با جدا شدن از طریق ارتعاشات شبکه در فلزات پخش می‌شوند.
بازتولید الکترون‌ها با هیدرودینامیک در سایر مواد می‌تواند منجر به تولید وسایل الکترونیکی جدید شود.
"تفتی" در این باره توضیح داد: تیم محققان از سه روش آزمایشی برای برجسته کردن هدایت الکتریسیته در این فلز جدید استفاده کرد. پراکندگی رامان تغییر حرکت در ارتعاش کریستال NbGe2 ناشی از جریان ویژه مایعات مانند سیال الکترون‌ها را نشان داد. علاوه بر این، اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی، جرم اضافی الکترون‌ها را نشان داد و پراش اشعه ایکس، ساختار کریستالی مواد را آشکار کرد. یک تکنیک به نام "نوسانات کوانتومی" در تعیین جرم الکترون‌ها در مواد بسیار مفید واقع شد و محققان را قادر ساخت که جرم الکترون‌ها را در همه مسیرها سه برابر بیشتر از آنچه انتظار می‌رفت اندازه بگیرند.
وی افزود: این واقعاً شگفت آور بود، زیرا ما انتظار چنین الکترون‌های سنگینی را در یک فلز به ظاهر ساده نداشتیم. در نهایت ما فهمیدیم که برهم‌کنش قوی الکترون و فونون مسئول این رفتار سنگین الکترون است.
این دانشمند ایرانی ادامه داد: از آنجا که الکترون‌ها با ارتعاشات شبکه یا فونون‌ها به شدت در تعامل هستند، توسط شبکه کشیده می‌شوند و به نظر می‌رسد که جرم خود را افزایش داده و سنگین شده‌اند. ناگفته نماند که این یک دستاورد بزرگ است.
به گفته "تفتی"، گام بعدی جستجوی وسایلی برای کنترل سیال هیدرودینامیکی الکترون‌ها در مواد دیگر به غیر از NbGe2 است که می‌تواند منجر به توسعه نسل جدیدی از دستگاه‌های الکترونیکی شود که الکترون‌های آنها می‌توانند در حالت سیال حرکت کنند.
منیع: ایسنا