Elektronların akışkan gibi davrandığı yeni bir metal keşfedildi

Boston College‘den bir grup deneysel fizikçi, elektronların akışkan gibi özelliğe sahip olduğu bir metal türü keşfetti. Metallerde, elektronların normal olarak hareketlerinde dağınık olmaları, bireysel parçacıklar olarak işlev görmeleri beklenir. Yani grup halinde ivme kazanmaz. Yeni çalışmada ekip, elektronların bir kristal yapıdaki titreşimlerden ortaya çıkan fonon isimli yarı parçacıklarla etkileşime girerek sıvı benzeri şekilde aktığı bir metali keşfetti.

Bu, elektronların hareketlerinde dağınık (parçacık benzeri) davranıştan hidrodinamik (sıvı benzeri) davranışa geçmesine neden oluyor. Araştırmacılara göre, bu davranışa neden olan metal süper iletken, ditetrelid (NbGe2) adı verilen niyobyum ve germanyumun bireşimi. Potansiyel olarak, yeni bir elektronik cihaz geliştirilmesine de yol açabilir.

Akışkan özellikli metal çalışması ilgi çekiyor

Fizikçi Fazel Tafti, “‘Elektron-fonon sıvısı‘ ile ilgili yakın zamanda yapılan bir tahmini test etmek istedik. Tipik olarak elektronlar, metallerdeki elektronların olağan yayılma hareketine yol açan fononlar tarafından saçılır. Yeni bir teori, elektronların fononlarla güçlü bir şekilde etkileşime girdiğinde, birleşik bir elektron-fonon sıvısı oluşturacaklarını göstermekte. Bu yeni sıvı, metalin içinde suyun bir boruda akması gibi akacaktır.” dedi.

Üç deneysel yöntem, elektron-foton sıvısı hipotezini doğruladı. Birincisi, elektronlarının normalde beklenenden daha yüksek bir kütleye sahip olduğunu gösteren metaldeki elektrik direncinin ölçümüydü. İkincisi, Raman saçılması lazer analizi, olağandışı elektron akışı nedeniyle NbGe2’nin titreşiminin değiştiğini gösterdi. Son olarak, X-ışını kırınım teknikleri metalin kristal yapısını ortaya çıkardı.

Elektronların kütlesi olması gerekenden üç kat daha büyüktü. Tafti, “Çok şaşırtıcı bulgular elde ettik. Çünkü görünüşte basit bir metalde bu kadar ‘ağır elektronlar‘ beklemiyorduk. Ancak güçlü elektron-fonon etkileşiminin ağır elektron davranışından sorumlu olduğunu anladık.” şeklinde konuştu.

Geleceğin elektronik cihazları ve iletişim sistemleri için etkisi henüz bilinmiyor olsa da şu anda elektron-fonon sıvıları yaklaşımına ilgi oldukça yoğun. Araştırmacılar, NbGe2 ile aynı şekilde davranan diğer materyalleri bulmak ve elektronların sıvı akışını kontrol etmek için çalışacak. Ekip, çalışmayı Nature Communications‘de yayımladı.