भौतिकविदों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने पहली बार भंवर के रूप में जाने जाने वाले भँवर जैसे पैटर्न में इलेक्ट्रॉनों को बहते हुए देखा है। लंबे समय से भविष्यवाणी की गई थी, लेकिन प्रयोगों में पहले कभी नहीं देखा गया, अधिक कुशल इलेक्ट्रॉनिक्स बनाने के लिए द्रव जैसे व्यवहार के इस सबूत का फायदा उठाया जा सकता है।
साधारण पदार्थों में, इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह अशुद्धियों और परमाणु कंपनों से बहुत अधिक प्रभावित होता है, जो दोनों इलेक्ट्रॉनों को बिखरने का कारण बनते हैं। अल्ट्राक्लीन सामग्री में और लगभग शून्य तापमान पर, जहां ऐसी शास्त्रीय प्रक्रियाएं अनुपस्थित होती हैं, इलेक्ट्रॉन बिलियर्ड गेंदों की तरह सामग्री में बिना रुके चलते हैं। दुर्लभ मामलों में, हालांकि, जब इलेक्ट्रॉन आपस में दृढ़ता से बातचीत कर रहे होते हैं, तो इलेक्ट्रॉनों को एक तरल पदार्थ की तरह सामूहिक रूप से चलने की भविष्यवाणी की जाती है।
2017 में, के नेतृत्व में एक टीम लियोनिद लेविटोव पर मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी अमेरिका में, ब्रिटेन में मैनचेस्टर विश्वविद्यालय के सहयोगियों के साथ, प्रेक्षित द्रव जैसा इलेक्ट्रॉन व्यवहार ग्राफीन के एक नमूने में (कार्बन परमाणुओं की एक शीट सिर्फ एक परमाणु मोटी) जिसमें कई चुटकी बिंदुओं वाला एक पतला चैनल होता है। चैनल के माध्यम से भेजा गया करंट शायद ही किसी प्रतिरोध के साथ अवरोधों के माध्यम से प्रवाहित होता है, जिसका अर्थ है कि जो इलेक्ट्रॉन करंट बनाते हैं, वे व्यक्तिगत रूप से गुजरने के बजाय सामूहिक रूप से पिंच बिंदुओं से निचोड़ सकते हैं।
इलेक्ट्रॉन क्वांटम तरंगों की तरह व्यवहार करते हैं
नए काम में, एली ज़ेल्डोवे, लेविटोव और इज़राइल के सहयोगियों के साथ Weizmann विज्ञान संस्थान और डेनवर में कोलोराडो विश्वविद्यालय अमेरिका में, टंगस्टन डिटेल्यूराइड (WTe .) में इलेक्ट्रॉनों का अध्ययन किया2) यह सामग्री एक अल्ट्राक्लीन प्रकार II वेइल सेमीमेटल है, जो हाल ही में खोजा गया टोपोलॉजिकल सामग्री का वर्ग है (एक जो थोक में इन्सुलेट किया जा सकता है लेकिन समरूपता-संरक्षित टोपोलॉजिकल ऑर्डर के कारण सतह राज्यों का संचालन कर रहा है)। डब्ल्यूटीई2 एक परमाणु मोटे दो-आयामी फ्लेक्स में बनने पर विदेशी इलेक्ट्रॉनिक गुणों के लिए जाना जाता है। वास्तव में, यह कई नई क्वांटम सामग्रियों में से एक है जिसमें इलेक्ट्रॉन दृढ़ता से बातचीत करते हैं और कणों के बजाय क्वांटम तरंगों के रूप में व्यवहार करते हैं, लेविटोव बताते हैं।
भंवरों में बहने वाले इलेक्ट्रॉनों का निरीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पहले WTe . के शुद्ध एकल क्रिस्टल को संश्लेषित किया2 और सामग्री के पतले गुच्छे को काट दिया। फिर उन्होंने इलेक्ट्रॉन-बीम लिथोग्राफी और प्लाज्मा नक़्क़ाशी का उपयोग प्रत्येक परत को एक संकीर्ण चैनल और उसके किनारों से जुड़े दो गोलाकार कक्षों में करने के लिए किया।
टीम के सदस्य अमित अहरोन-स्टाइनबर्ग बताते हैं, "इस ज्यामिति को संभावित कतरनी बलों को संकीर्ण चैनल में बहने वाले विद्युत प्रवाह द्वारा कक्षों में इलेक्ट्रॉन तरल पदार्थ को चलाने की अनुमति देने के लिए डिज़ाइन किया गया था।" भौतिकी की दुनिया. "हमने तब एक अत्यंत संवेदनशील स्कैनिंग मैग्नेटोमीटर का उपयोग किया, जिसे हमारी प्रयोगशाला में डिज़ाइन किया गया था, जो प्रवाहित विद्युत प्रवाह द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्रों को महसूस करता है।"
अंत में, शोधकर्ताओं ने भंवरों को स्पष्ट रूप से उजागर करने के लिए मापा चुंबकीय क्षेत्र की छवियों से विद्युत प्रवाह का पुनर्निर्माण किया।
हाइड्रोडायनामिक शासन
विश्लेषणों से पता चला कि चैनल के माध्यम से बहने वाले इलेक्ट्रॉनों ने प्रत्येक पक्ष कक्ष में इलेक्ट्रॉनों को भँवर में घुमाया। क्या अधिक है, भंवर केवल छोटे छिद्रों के लिए मौजूद थे, प्रवाह बड़े लोगों के लिए लामिना (अर्थात, बिना भंवर) के होते थे। भंवर-से-लामिना संक्रमण के पास, कक्ष में एक एकल भंवर को दो-व्यवहार में विभाजित करते हुए देखा गया था जो केवल हाइड्रोडायनामिक (द्रव-समान) शासन में अपेक्षित है।
धातु के सुपरकंडक्टर में इलेक्ट्रॉन एक तरल पदार्थ की तरह प्रवाहित होते हैं
निष्कर्ष बताते हैं कि पतले शुद्ध क्रिस्टल में एक नया हाइड्रोडायनामिक तंत्र मौजूद हो सकता है जैसे कि इलेक्ट्रॉनों की गति का प्रसार पारंपरिक इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन बिखरने के बजाय सामग्री की सतह पर छोटे-कोण बिखरने से सक्षम होता है, जो कम पर बहुत कमजोर हो जाता है। तापमान। यह सतह-प्रेरित पैरा-हाइड्रोडायनामिक्स, जैसा कि शोधकर्ताओं ने इसे डब किया है, भंवर सहित साधारण हाइड्रोडायनामिक्स के कई पहलुओं को साझा करता है।
Weizmann-MIT-Colorado टीम के अनुसार, निष्कर्ष शोधकर्ताओं को अधिक कुशल इलेक्ट्रॉनिक्स डिजाइन और विकसित करने में मदद कर सकते हैं। "हम जानते हैं कि जब इलेक्ट्रॉन एक द्रव अवस्था में जाते हैं, [ऊर्जा] अपव्यय गिरता है, और यह कम-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स को डिजाइन करने की कोशिश में रुचि रखता है," लेविटोव कहते हैं। "यह नया अवलोकन उस दिशा में एक और कदम है।"
अनुसंधान विस्तृत है प्रकृति.
