SpravodajstvoVeda a výskum
Vedci po prvýkrát v histórii pozorovali elektrinu, ktorá sa správala ako voda
Po prvýkrát v histórii vedci zaznamenali elektróny vytvárajúce vír.
Elektrina a voda toho veľa spoločného nemajú, aspoň na prvý pohľad. Voda môže vytvárať prúdy, vlny, víry a ďalšie fenomény, ktoré spájame s tekutinami, zatiaľ čo elektrina nie.
Správanie vody vychádza z jej molekúl, ktoré sa správajú kolektívne. Elektrina má rovnako svoje špecifické častice – elektróny, no tie túto vlastnosť nemajú. Akékoľvek kolektívne správanie je rušené väčšími vplyvmi počas toho, ako elektróny prechádzajú bežnými kovmi. Existujú ale materiály, ktoré pri špecifických podmienkach tieto vlastnosti nemajú. Znamená to, že pri týchto podmienkach sa aj elektróny môžu správať ako tekutina.
Vedcom z technologického inštitútu MIT sa podarilo tento fenomén pozorovať. Po prvýkrát v histórii zaznamenali elektróny vytvárajúce vír. Takéto správanie teoretickí fyzici predpokladali už dávno, no až doteraz sa ho vedcom nepodarilo preukázať.
„Vieme, že keď elektróny prejdú do stavu tekutiny, spotreba energie klesá. Tento objav je kľúčovým pre výrobu elektroniky s nízkou spotrebou,“ vyjadril sa Leonid Levitov, profesor fyziky na MIT.
Elektrina prúdiaca bežnými kovmi a polovodičmi je ovplyvnená nedokonalosťami materiálu a vibráciami jeho atómov. To ovplyvňuje hybnosť a dráhu elektrónov v prúde. Ak však tieto nedokonalosti odstránime, elektróny by sa mali správať podľa kvantových zákonov. Pri špeciálnych podmienkach elektróny reagujú na správanie ostatných elektrónov a vykazujú kolektívne správanie. Prúd elektrónov by sa mal prejaviť ako tekutina pripomínajúca med. Takéto správanie začína pri extrémne nízkych teplotách blížiacich sa absolútnej nule. Materiál, cez ktorý elektróny prúdia, musí byť zároveň veľmi čistý.
Elektrónový vír
Prvý náznak elektrónov správajúcich sa ako tekutiny, prišiel už v roku 2017. Za objavom stál rovnaký tím, ako v prípade tejto novej štúdie. Levitov vykonal experiment s tenkou vrstvou grafénu, na ktorej sa nachádzal miniatúrny kanálik s niekoľkými zúženinami. Keď cez kanál pustil elektróny, všimol si, že sa cez zúžené body dostávajú s minimálnym odporom rovnako ako tekutina. Na základe tohto objavu sa rozhodol preskúmať ďalšie vlastnosti elektrónovej tekutiny.
Neprehliadnite
„Jedna z najpozoruhodnejších vlastností tradičných tekutín je ich schopnosť vytvoriť víry a turbulencie. Túto vlastnosť sme ale nepozorovali pri elektrónových tekutinách,“ vysvetľuje Levitov.
Pre potreby experimentu vedecký tím syntetizoval čisté kryštály tungsten diteluridu, čo je polokovová chemická zlúčenina. Prostredníctvom špeciálnych techník následne vymodelovali každú časť do centrálneho kanálu napojeného na dve kruhové komory po bokoch kanálu. Rovnako vymodelovali aj drobné čiastočky zlata. Vzorky sa nachádzali v teplote len 4.5 kelvinov, čo je približne -269 °C. do nich pustili prúd.
Pomocou špeciálneho zariadenia merajúceho magnetické polia, dokázal vedecký tím pozorovať, ako elektróny tečú oboma vzorkami. Elektróny tečúce vo vzorke tungsten diteluridu vytvorili víry podobné vode, ktorú vlejete do misky.
Výskum vedcov z MIT je potvrdením jednej zo základných vlastností elektrónov a zároveň prvým krokom k elektronike s nízkou energetickou spotrebou.
