Los electrones fluyen como el agua según investigación.

lunes, diciembre 16, 2019

Los físicos del Instituto de Ciencia Weizmann en Israel tomaron imágenes de electrones que fluyen de manera viscosa a través de un nanodispositivo, al igual que el agua que fluye a través de una tubería. Predecido durante mucho tiempo, pero solo ahora visualizado por primera vez, este nuevo comportamiento curioso para los electrones tiene implicaciones importantes para los dispositivos electrónicos futuros.




Desde olas rugientes hasta remolinos de remolinos, el flujo de un líquido puede ser extremadamente rico. Tales fenómenos variados son el resultado de las muchas colisiones que ocurren entre las partículas que forman un líquido, y se describe por la física de la hidrodinámica. Sin embargo, a pesar de estar cargados negativamente, los electrones generalmente fluyen a través de un conductor como un gas de manera aleatoria esencialmente sin repelerse entre sí. Esto se debe a que la mayoría de los conductores están hechos de materiales altamente desordenados, y los electrones que fluyen dentro chocan con más frecuencia con las muchas impurezas e imperfecciones. Para que los electrones fluyan como un líquido, se necesita un conductor más avanzado, por ejemplo, grafeno, una lámina de carbono de un átomo de espesor, que se puede hacer excepcionalmente limpia. " Las teorías sugieren que los electrones líquidos pueden realizar proezas geniales que sus contrapartes balísticas o difusas no pueden. Pero para obtener una prueba clara de que los electrones pueden formar un estado líquido, queríamos visualizar directamente su flujo ", dijo el profesor Shahal Ilani, jefe del equipo de Weizmann en el Departamento de Física de la Materia Condensada.

Sin embargo, visualizar el flujo de electrones hidrodinámico en un material como el grafeno no es sencillo, ya que requiere una técnica especial que es simultáneamente lo suficientemente potente como para mirar dentro de un material, pero lo suficientemente suave como para evitar interrumpir el flujo de electrones. El equipo de Weizmann creó dicha técnica, que publicaron recientemente en Nature Nanotechnology . Produjeron un detector a nanoescala construido a partir de un transistor de nanotubos de carbono que puede obtener imágenes de las propiedades de los electrones que fluyen con una sensibilidad sin precedentes. "Nuestra técnica es al menos 1000 veces más sensible que los métodos alternativos, lo que nos permite visualizar fenómenos que anteriormente solo podían estudiarse indirectamente", dijo el Dr. Joseph Sulpizio, de Weizmann.

En su nuevo artículo, ahora publicado en Nature , los investigadores de Weizmann aplicaron su novedosa técnica de imagen a dispositivos de grafeno de última generación producidos por el grupo del Prof. Andre Geim en la Universidad de Manchester. Estos dispositivos tienen forma de canales que guían los electrones que fluyen, de forma similar a la forma en que una tubería guía el flujo de agua. Y justo cuando el agua fluye a través de una tubería, se observó que los electrones en el grafeno fluían más rápido en el centro de los canales y más lento en las paredes, lo cual es el sello distintivo del flujo hidrodinámico.

Este trabajo demuestra que los electrones pueden imitar los patrones de un fluido convencional. Esto puede resultar beneficioso para crear nuevos tipos de dispositivos electrónicos, incluidos los dispositivos de baja potencia en los que el flujo hidrodinámico reduce la resistencia eléctrica. "Los centros de computación y la electrónica de consumo están devorando una cantidad cada vez mayor de energía, y a la luz del cambio climático, es imperativo encontrar formas de hacer que los electrones fluyan con menos resistencia", dijo el Dr. Lior Ella de Weizmann.


Fuentes y enlaces de investigación:  

Joseph A. Sulpizio, Lior Ella, Asaf Rozen, John Birkbeck, David J. Perello, Debarghya Dutta, Moshe Ben-Shalom, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Tobias Holder, Raquel Queiroz, Alessandro Principi, Ady Stern, Thomas Scaffidi, Andre K Geim, Shahal Ilani. Visualización del flujo de Poiseuille de electrones hidrodinámicos . Naturaleza , 2019

Lior Ella, Asaf Rozen, John Birkbeck, Moshe Ben-Shalom, David Perello, Johanna Zultak, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Andre K. Geim, Shahal Ilani, Joseph A. Sulpizio. Imágenes simultáneas de voltaje y densidad de corriente de electrones que fluyen en dos dimensiones . Nature Nanotechnology , 2019


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