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内部会“流动”的金属有何不同?

研究人员将二锗化铌(NbGe2)晶体置于仪器上。插图为NbGe2的原子排列情况。

eurekalert.org网站当地时间9月6日报道,美国波士顿学院领导的研究团队在《自然通讯》杂志中发文称,他们创造了一种新的金属样品,其电子的流动方式与水在管道内的流动方式相似,这从根本上将电子的粒子状动力学导向了流体状动力学。

波士顿学院物理系助理教授Fazel Tafti指出,在金属超导体二锗化铌(NbGe2)中,电子和声子之间的强相互作用改变了电子扩散情况,使其从粒子状变为流体状。该发现标志着研究人员首次在NbGe2内部发现电子-声子液体。Tafti说:“一种新的理论表明,当电子与声子产生强烈相互作用时,将形成统一的电子-声子液体。这种新型液体能够在金属内部像流水般流动。我们希望对有关电子-声子液体的预测进行测试。”

Tafti表示,水管中的水流和电线中流动的电子似乎高度相似,但本质上是不同的。水分子作为连续体流动,遵循流体力学定律。而电子以单个粒子形式流动,并因晶格振动而分散。研究人员采用三种实验方法研究了NbGe2的性能:电阻率测试显示电子质量高于预期;拉曼散射展示了NbGe2的晶体振动行为变化;X-射线衍射实验揭示了材料的晶体结构。此外,Tafti等还应用特殊的“量子振荡”技术评估了材料中的电子质量。结果显示,所有轨道上的电子质量均达到预期值的三倍左右。他说:“这确实令人惊讶,因为我们没有预料到这种看似简单的金属中竟存在‘重电子’。最终,我们确认了电子-声子的强相互作用是产生重电子行为的诱因――电子与晶格振动(声子)产生了强相互作用,电子被晶格‘拖曳’,导致它们看上去像是获得质量了。”

下一阶段,Tafti团队计划通过控制材料中的电子流体力学,设计新型电子设备。

科界原创

编译:德克斯特 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《自然通讯》

期刊编号:2041-1723

原文链接:https://www.eurekalert.org/news-releases/927445

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