Электроны текут подобно жидкости

20.09.2017

В ходе своих последних экспериментов ученые из Института изучения графена Манчестерского университета обнаружили условия, при которых электроны, двигающиеся по графену, ведут себя весьма необычным способом. Такое специфическое движение электронов дает ученым лучшее понимание физических процессов в электропроводящих материалах, а в недалеком будущем эти самые процессы можно будет использовать при разработке наноэлектронных схем быстрых и высокоэффективных компьютерных чипов следующего поколения.

У большинства металлов электрическая проводимость ограничена количеством дефектов их кристаллической решетки, которые заставляют электроны рассеиваться, ударяясь об них, словно бильярдные шары. Поэтому графен, благодаря его "двухмерной" структуре, проводит электрический ток гораздо лучше любого металла. Кроме того, в некоторых чистых металлах и других материалах с упорядоченной кристаллической структурой, в том числе и в графене, электроны могут без рассеивания преодолевать расстояния, исчисляющиеся микронами, за счет так называемого баллистического движения. Параметры такого движения определяют максимально возможную электрическую проводимость материала, которая называется фундаментальным пределом Ландауэра (Landauer's fundamental limit).

Однако, полученные в ходе экспериментов данные, позволили ученым сделать выводы, что закон, определяющий фундаментальный предел Ландауэра, в среде графена не соблюдается при определенных условиях. А несет за это ответственность один весьма необычный механизм, который имеет непосредственное отношение к относительно новой области физики, называемой электронной гидродинамикой (electron hydrodynamics).

Область электронной гидродинамики появилась в буквально в прошлом году после того, как ученые из Манчестерского университета и других научных организаций продемонстрировали, что при определенной температуре материала двигающиеся в нем электроны начинают сталкиваться друг с другом столь часто, что поток электронов начинает течь, словно поток жидкости, имеющей не самый маленький коэффициент вязкости. А в новых исследованиях ученые показали, что наличие этой вязкой "электронной жидкости" придает материалу более высокую электрическую проводимость, нежели баллистическое движение электронов.

Обнаруженное учеными явление достаточно парадоксально. Ведь при столкновениях электронов они взаимодействуют и рассеиваются, что, по идее, должно ослаблять электрическую проводимость материала. Но увеличение проводимости материала возникает за счет того, что электроны разбиваются на две условные части, подобно потоку воды, текущему в реке. Те электроны, которые двигаются в непосредственной близости от ребер кристаллической решетки, теряют свой импульс и замедляются. Но, одновременно с этим, они выступают в качестве защиты, ограждающей от столкновений электроны, двигающиеся в середине потока. И эти электроны движутся уже по сверхбаллистической траектории внутри "канала", созданного крайними электронами.

"Из школьного курса физики нам известно, что чем беспорядочней структура материала, тем больше его электрическое сопротивление" - рассказывает сэр Андрей Гейм, - "Но в нашем случае беспорядок, вызванный рассеиванием в результате столкновений электронов, уменьшает, а не увеличивает электрическое сопротивление материала. При этом, электроны начинают течь как жидкость и скорость движения этой жидкости превышает скорость движения электронов с такой же энергией в вакууме".

Ученые провели ряд экспериментов, в которых проводимость графена измерялась при различной температуре. Сравнение проводимости чистого графена и легированного графена, который обладает явными металлическими проводниковыми свойствами, позволило ученым с высокой точностью вычислить новую физическую величину, получившую название вязкой проводимости. И что является самым примечательным, собранные экспериментальные данные практически совпали с данными, полученными в ходе расчетов соответствующих математических моделей.

<< Назад: Вся морская соль загрязнена пластиком 21.09.2017

>> Вперед: Компактная версия электрозаправки Supercharger для города 20.09.2017

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Польза белкового завтрака 14.01.2026

Правильное питание по утрам играет ключевую роль в поддержании здоровья и контроле веса. Многочисленные исследования подтверждают, что состав завтрака может влиять на аппетит в течение всего дня и качество употребляемой пищи. Австралийские ученые провели масштабный эксперимент, который показал, что употребление белковой пищи с утра помогает дольше чувствовать сытость и предотвращает переедание. В исследовании участвовали более 9 тысяч человек среднего возраста 46 лет. В период с 2011 по 2012 год специалисты анализировали рационы респондентов, оценивая долю основных макронутриентов. В среднем участники потребляли 43% углеводов, 31% жиров, 18% белков, 2% клетчатки и 4% алкоголя. Такой рацион позволил ученым проследить взаимосвязь между утренним приемом пищи и пищевым поведением в течение дня. Выяснилось, что участники, чей завтрак содержал недостаточное количество белка, ощущали повышенный аппетит в течение дня. Они ели больше, чем необходимо, и часто выбирали продукты с высоким со ...>>

Технология SmartPower HDR 14.01.2026

Ноутбуки стремительно развиваются в плане графики и мультимедийных возможностей, но яркие дисплеи с высоким динамическим диапазоном (HDR) часто становятся серьезной нагрузкой для аккумуляторов. Длительная работа с видео высокого качества или играми в HDR приводит к быстрой разрядке батареи, что ограничивает мобильность пользователей и снижает комфорт работы. Решить эту проблему призвана новая технология SmartPower HDR, разработанная совместно компаниями Samsung Display и Intel. Суть технологии заключается в динамическом управлении напряжением OLED-панелей. Чипсет ноутбука в реальном времени анализирует пиковую яркость каждого кадра и передает эти данные контроллеру дисплея, который оптимизирует подачу напряжения в зависимости от количества активных пикселей. В отличие от традиционных режимов HDR, где яркость часто фиксируется на максимальном уровне, SmartPower HDR адаптируется к конкретному контенту, что снижает энергопотребление без потери качества изображения. Технология позвол ...>>

Недосып существенно сокращает жизнь 13.01.2026

Сон является одной из самых фундаментальных потребностей человека. Он влияет на обмен веществ, работу сердца и мозга, иммунитет и общее самочувствие. Современный ритм жизни часто заставляет людей жертвовать сном ради работы, учебы или развлечений, но ученые предупреждают: регулярный недосып может иметь далеко идущие последствия для здоровья и долголетия. Исследователи из Орегонского университета здравоохранения и науки пришли к выводу, что сон менее семи часов в сутки связан с сокращением продолжительности жизни. По данным специалистов, хроническая нехватка сна не только вызывает усталость и снижение работоспособности, но и постепенно сказывается на здоровье органов и систем, увеличивая риски развития различных заболеваний. Для анализа ученые использовали обширную национальную базу данных США, сопоставляя показатели ожидаемой продолжительности жизни на уровне штатов с результатами опросов Центров контроля и профилактики заболеваний за период с 2019 по 2025 годы. Они учитывали мно ...>>

Накладные ногти iPolish с управление цветом через смартфон 13.01.2026

Американская компания iPolish представила уникальные акриловые накладные ногти, способные мгновенно менять цвет под управлением смартфона, что открывает новые возможности для самовыражения и индивидуального стиля. Для работы устройства пользователю необходимо предварительно зарядить специальный контроллер и подключить его к мобильному телефону. Управление оттенком осуществляется через приложение, синхронизированное с контроллером. После выбора нужного цвета кончик ногтя подносят к модулю, который отправляет кратковременный электрический импульс, запускающий изменение окраски поверхности. Производитель пока не раскрывает подробностей электрохимического механизма, лежащего в основе технологии, однако отмечает, что перекраска одного ногтя занимает около пяти секунд. Такой подход позволяет мгновенно изменять внешний вид ногтей, что делает маникюр более гибким и адаптивным к повседневным условиям. Каждый ноготь поддерживает до 400 различных оттенков и позволяет многократно менять ц ...>>

Моноблок Lenovo ThinkCentre X AIO 12.01.2026

Компания Lenovo представила новый моноблок ThinkCentre X AIO, который отличается нестандартным форм-фактором и ориентирован на профессиональных пользователей. Информацию об анонсе опубликовал портал Gizmochina. Новинка оснащена 27,6-дюймовой IPS-матрицей с разрешением 2560 x 2880 пикселей. Соотношение сторон экрана составляет 16:18, что делает его почти квадратным. По словам производителя, такой формат позволяет одновременно отображать две страницы формата А4, что особенно удобно при работе с текстовыми документами, таблицами, программным кодом или дизайнерскими проектами. Экран имеет стандартную частоту обновления 60 Гц и время отклика 14 мс. Максимальная яркость достигает 300 нит, контрастность составляет 1000:1, а охват цветового пространства достигает 98% по стандарту DCI-P3. Эти характеристики обеспечивают четкое изображение и точную цветопередачу, что важно для профессионалов в области дизайна и обработки контента. Аппаратная платформа моноблока базируется на мобильных п ...>>

Случайная новость из Архива Превращение углекислого газа в метанол с помощью света и меди 27.03.2024 В современном мире, где вопросы экологии и энергетической безопасности становятся все более актуальными, поиск новых способов получения энергии и снижения углеродных выбросов становится приоритетной задачей для многих ученых. В этом контексте, исследование возможности превращения углекислого газа в полезное и экологически чистое топливо с использованием солнечного света и меди представляет собой важный шаг в разработке устойчивых энергетических решений. Международная группа ученых представила новый метод превращения углекислого газа в метанол при помощи солнечного света и катализатора на основе меди. Этот метод открывает перспективы для создания экологически чистого топлива из вредных выбросов, тем самым содействуя уменьшению углеродного следа и борьбе с изменением климата. Для проведения исследования, специалисты разработали новый материал, состоящий из атомов меди, нанесенных на нанокристаллический нитрид углерода. Этот материал, подвергнутый солнечному излучению, способен превращать углекислый газ в метанол. В ходе экспериментов было обнаружено, что даже без примеси меди нанокристаллическая форма нитрида углерода в 44 раза эффективнее стандартных катализаторов. Добавление даже небольшого количества меди значительно увеличило эффективность процесса. Это открытие открывает новые перспективы в области энергетики и экологии. Возможность превращения углекислого газа, основного компонента парниковых газов, в полезное топливо, позволяет рассматривать его не как отход, а как ресурс. Метанол, получаемый в результате этого процесса, может быть использован в различных отраслях, включая автомобильную промышленность, производство энергии и химическую промышленность. Имеется большой потенциал использования солнечной энергии и катализаторов на основе меди для превращения углекислого газа в полезное топливо. Это открытие имеет существенное значение для разработки устойчивых и экологически чистых методов производства энергии, что может способствовать борьбе с изменением климата и улучшению экологической ситуации на планете.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026