作者:哈佛大学莉亚·布伦斯
无花果
1:设备和实验装置
信用:DOI: 10
1038/s 14567-021-01341-w 电子在大多数材料中流动更像气体而不是流体，这意味着它们彼此之间没有太多的相互作用
长期以来，人们一直假设电子可以像流体一样流动，但只有材料和测量技术的最新进展才允许在2D材料中观察到这些效应
2020年，哈佛大学物理学和应用物理学教授阿米尔·雅科比的实验室
鲍尔森工程和应用科学学院(SEAS)、哈佛大学物理学教授和应用物理学教授菲利普·金和哈佛大学物理系的罗纳德·沃斯沃斯是第一批将石墨烯中流动的电子成像为水流过管道的人
这些发现提供了一个新的沙盒来探索电子相互作用，并提供了一种控制电子的新方法——但仅限于二维材料
三维材料中的电子流体力学仍然难以捉摸，因为电子在导体中的基本行为被称为屏蔽
当材料中有高密度的电子时，如在导电金属中，电子不太倾向于相互作用
最近的研究表明，三维导体中的流体动力电子流是可能的，但是它究竟是如何发生的，或者如何观察它，仍然是未知的
迄今
哈佛大学和麻省理工学院的一组研究人员开发了一种理论来解释流体动力电子流如何在三维材料中发生，并首次使用一种新的成像技术对其进行了观察
这项研究发表在《自然物理学》上
“这项研究为寻找高载流子密度材料中的流体动力流和突出的电子相互作用提供了一条有希望的途径，”SEAS大学计算材料科学助理教授、该研究的资深作者Prineha Narang说
流体动力电子流依赖于电子之间的强相互作用，就像水和其他流体依赖于它们的粒子之间的强相互作用一样
为了有效地流动，高密度材料中的电子以限制相互作用的方式排列
同样的原因是，像电动滑梯这样的集体舞蹈不会涉及舞者之间的大量互动——有了这么多人，每个人都更容易做自己的动作
“到目前为止，流体动力学效应主要是从运输测量中推导出来的，这有效地混淆了空间信号，”雅科比说
“我们的工作开辟了一条不同的道路，用新的电子关联量子探针来观察这种舞蹈，理解石墨烯之外的系统中的流体力学
" 研究人员提出，高密度材料中的电子可以通过原子晶格的量子振动(即声子)相互作用，而不是直接相互作用
“我们可以通过想象两个人在蹦床上跳跃来思考电子之间的声子介导的相互作用，他们不是直接相互推动，而是通过弹簧的弹力相互推动，”SEAS纳兰实验室的博士后学者、该研究的合著者王亚贤说
为了观察这一机制，研究人员基于金刚石中的氮空位缺陷开发了一种新的低温扫描探针，该探针对一种叫做层状半金属钨二碲化物的材料中电流的局部磁场进行成像
“我们的微型量子传感器对局部磁场的微小变化非常敏感，这使我们能够直接探索材料中的磁性结构，”约翰·哈佛杰出的科学研究员、该研究的共同第一作者尤里·沃尔说
研究人员不仅发现了三维钨二流体中流体动力流动的证据，而且还发现了水流的流体动力特性强烈依赖于温度
“流体动力流动发生在一个温度不太高也不太低的狭窄区域，因此在一个很宽的温度范围内进行扫描的独特能力对于观察效果至关重要，”亚考比实验室的博士后学者、该研究的合著者阿萨夫·哈默说
博士圣乔治·瓦尔纳维德斯说:“将三维导体中的这些流体动力流动成像并设计成温度函数的能力，为在纳米器件中实现近乎无耗散的电子器件开辟了可能性，也为理解电子-电子相互作用提供了新的见解。”
SEAS国家实验室的一名学生，也是这项研究的主要作者之一
该研究还为探索流体动力电子流中的非经典流体行为，如稳态涡流，铺平了道路
" 纳朗说:“这是一个令人兴奋的跨学科领域，综合了从凝聚态物质和材料科学到计算流体力学和统计物理的概念。”
在之前的研究中，Varnavides和Narang对电子集体流动的量子材料中可能出现的不同类型的流体力学行为进行了分类
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