在金属中,电子的运动通常被认为是扩散性的,各自为政——换句话说,它们不会整齐划一地运动。

现在科学家们发现了一种金属,在这种金属中,通过与被称为声子的准粒子相互作用——这些声子产生于晶体结构的振动,电子实际上以一种类似于流体的方式流动,就像管道中的水一样。

这导致电子在其运动中从扩散(颗粒状)转向流体动力(液体状)行为。

研究小组报告说,导致这种行为的金属超导体是铌和锗的合成物,被称为二聚体(NbGe2)。它有可能成为新型电子设备的原料。

"我们想检验一下最近对'电子-声子流体'的预言。"波士顿学院的实验物理学家Fazel Tafti说。

"通常情况下,电子被声子散射,这导致了电子在金属中通常的扩散性运动。但有新理论表明,当电子与声子强烈互动时,它们将形成一个联合的电子-声子液态。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。"

三种实验方法证实了Tafti和同事们提出的电子-声子流体假说。首先是测量金属的电阻率,这表明其电子的质量比通常预期的要高。

其次,拉曼散射激光分析表明,NbGe2的振动由于电子的不寻常流动而发生了变化,最后,X射线衍射技术揭示了该金属的晶体结构。

电子的质量比它应该有的大三倍,一种被称为量子振荡的材料映射方法显示:电子和声子正在引起不寻常的行为。

"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'。最终,我们了解到强电子-声子相互作用是导致重电子行为的原因。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。"

目前,人们对电子-声子液体的想法有很大的研究兴趣,即使目前还不完全清楚其对未来的电子工具和通信系统可能产生的影响。

这项新工作为未来的研究制造了大量有趣选项。下一步,研究人员希望找到与NbGe2有相同表现的其他材料,并致力于控制电子的流体流动,以用于未来的应用。

"在金属中,电子-声子散射会释放电子的动量,而声子和电子之间的永久动量交换可能会保存总动量并导致电子-声子耦合液体。这样的物质阶段可以成为观察电子流体力学的平台。"

这项研究已经发表在《自然通讯》上。

https://www.sciencealert.com/in-this-new-metal-electrons-flow-like-a-fluid


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  1. 火锅 @ 2021-09-12 23:18:475023429

    看了两遍,还是没看懂,点开评论想看看大佬解释,应该是来早了,和我大脑一样空白

  2. mmx @ 2021-09-12 23:44:145023444

    这个叫有效质量,不是实际质量

  3. FD @ 2021-09-13 00:48:025023465

    电阻率说明电子质量……emmm只有高中物理知识的我表示诧异

  4. eric @ 2021-09-13 01:44:425023472

    就是在这种状态下电子能够保持更高的能量,E=MC^2,能量就是质量,大约就是这样,,

  5. breck @ 2021-09-13 04:33:035023486

    惯性质量是加速的难易程度,也就是动力与加速度的比m=F/a。如果存在与运动方向相反的阻力,那么惯性质量m=(F-f)/a。也可以定义有效质量m* = F/a = mF/(F-f),表示在存在阻力的情况下对m加速和不存在阻力的情况下对m*加速是一样的。一般金属里面因为可以活动的电子都在费米面附近,没有电子-电子相互作用,所以没有阻力,电子的有效质量等于其惯性质量。但是电子-声子耦合可以破坏费米面稳定性,或者说相当于做了电子-电子相互作用的媒介,这样就存在对电子运动的阻力,m不等于m*。

    其实一般用m=2K/(p^2)但是一个意思啦

  6. 111111 @ 2021-09-13 11:57:475023742

    材料的特殊结构束缚了电子的行为。就像人在泥潭里行走,比平时费力了三倍。