В среде обычных металлов электроны передвигаются в качестве отдельных частиц и практически не демонстрируют группового поведения. Однако недавно ученые обнаружили тип металлического сплава, внутри которого поток электронов течет подобно жидкости, демонстрируя различные гидродинамические эффекты, как вода в трубе. А возникает этот эффект из-за влияния на электроны квазичастиц, называемых фононами, которые являются квантами колебаний кристаллической решетки материала.
Материал, внутри которого электроны демонстрируют столь необычное поведение, является сплавом ниобия и германия, дитерелидом (NbGe2). А обнаружение этого материала может положить начало целому новому классу электронных приборов и устройств.
"Как правило, электроны рассеиваются фононами при движении в обычных металлах, что приводит к увеличению электрического сопротивления" - пишут исследователи, - "Однако, в среде NbGe2 наблюдаются сильные взаимодействия между фононами и электронами, в результате чего возникает так называемая фонон-электронная жидкость, которая течет по металлу как обычная вода в водопроводной трубе".
Ученые провели три различных эксперимента, результаты которых подтвердили гипотезу фонон-электронной жидкости. Первым экспериментом было измерение удельного сопротивления материала, которое показало, что связь электронов и фононов привела к эффекту увеличения массы электронов.
Второй эксперимент был лазерным анализом Рамановского рассеивания, показавшим, что внутренние вибрации в материале NbGe2 изменились из-за необычного движения потока электронов. И в третьем эксперименте при помощи рентгеновской дифракции была изучена кристаллическая структура дитерелида.
Эксперименты показали, что электроны в фонон-электронной жидкости ведут себя так, словно у них есть масса, в три раза превышающая массу электрона в нормальных условиях. Помимо этого, были обнаружены своеобразные квантовые колебания, которые являются признаком того, что взаимодействие электронов и фононов порождает несколько странное поведение жидкости.
"Наблюдать такое было удивительно" - пишут исследователи, - "Мы никак не ожидали появления столь "тяжелых" электронов внутри такого простого, на первый взгляд, металлического материала. Оказывается, что за счет колебаний электроны "притягиваются" к кристаллической решетке и становятся более инертными, словно бы они получили дополнительную массу".
Отметим, что исследования необычных свойств фонон-электронной жидкости находятся на самом раннем этапе и пока еще не совсем ясно, какое именно влияние все это может оказать на область электроники в ближайшем будущем. Тем не менее, новая работа открывает перед учеными массу возможностей для будущих исследований, целью которых станут поиски других материалов, подобных дитерелиду, и разработка технологий управления движением фонон-электронной жидкости.