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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Разбрасыватель минудобрений Rauch Axis 55 15.07.2026

Немецкая компания Rauch, известная своими высокоточными сельскохозяйственными машинами, представила на выставке DLG Feldtage новый флагманский разбрасыватель минеральных удобрений Axis 55. Эта модель пришла на смену предыдущей версии Axis 50.2 и стала самой крупной в актуальной линейке производителя после выхода более компактной Axis 25 в прошлом году. Новая машина сочетает в себе повышенную производительность, расширенный диапазон рабочих ширин и усовершенствованные системы контроля внесения. Одной из главных технических особенностей Axis 55 стала значительно увеличенная максимальная производительность внесения - до 675 кг удобрений в минуту. Это на 30 % больше по сравнению с предшественником. Благодаря такому показателю разбрасыватель способен обеспечивать норму внесения до 900 кг/га при рабочей ширине 36 метров и скорости движения машины 25 км/ч. При этом устройство сохраняет возможность работы с очень низкими нормами внесения, например, при распределении гранул против улиток, бе ...>>

Антоцианы черники: природная защита для зрения в темноте 14.07.2026

Специалисты все активнее изучают влияние растительных веществ на здоровье глаз. Особое внимание привлекают антоцианы - природные пигменты, которые придают яркую окраску многим ягодам и овощам. Новые данные показывают, что эти соединения способны не только защищать клетки глаз от окислительного стресса, но и ускорять восстановление родопсина - ключевого пигмента, отвечающего за способность видеть в условиях низкой освещенности. Антоцианы содержатся в большом количестве в чернике, голубике, ежевике, черной смородине, а также в краснокочанной капусте и некоторых других красных, синих и фиолетовых продуктах. Эти вещества обладают мощными антиоксидантными и противовоспалительными свойствами. Они помогают нейтрализовать активные формы кислорода, которые повреждают клетки сетчатки и способствуют развитию хронического воспаления. По данным исследователей, антоцианы оказывают комплексное положительное влияние на зрительную систему. Они улучшают микроциркуляцию крови в сетчатке, поддержива ...>>

Случайная новость из Архива Живи на скорости - проживешь дольше 10.03.2005 Казалось бы, замедленный, вялый обмен веществ должен продлевать жизнь, точно так же, как машина может проработать дольше, если крутится на пониженных оборотах. Однако шотландские биологи из Университета Абердина обнаружили, что, по крайней мере, у лабораторных мышей, это не так. Джон Спикмен и его коллеги измеряли у 42 особей мышиного племени потребление кислорода, говорящее об активности обмена веществ. Результат: мыши, у которых обмен веществ повышен, жили более чем на треть дольше мышей с замедленным обменом веществ. Спикмен полагает, что причина этого явления заключается в митохондриях - энергетических станциях живой клетки, где с использованием кислорода сжигаются органические вещества пищи. При высокой скорости обмена кпд сжигания выше и возникает меньше ядовитых отходов - свободных радикалов, повреждающих тонкие механизмы клетки и тем способствующих старению. Спикмен намерен изучить возможности повышения обмена веществ у человека. Если пересчитать результаты, полученные на мышах, на человека, то 70-летний старик, у которого удастся повысить скорость обмена веществ, получит дополнительные 27 лет жизни.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026