Вчені експериментально підтвердили теорію рідкоподібного характеру руху електронів у графені. Вони отримали візуалізацію руху потоку електронів і довели, що цей рух описується рівняннями гідродинаміки. Роботу опубліковано в журналі.
Вчені давно використовують поняття електронної в'язкості для теоретичного опису руху електронів. Вони і раніше вважали, що в певному режимі (при температурі 50-250 кельвін для графена) електрон-електронне розсіювання може призводити до течій, що нагадують перебіг рідини. Фізики підтверджували гіпотезу експериментами з вимірювання опору таких матеріалів. Наприклад, опір в електронних «водоворотах» може ставати негативним. Однак довгий час їм не вдавалося знайти спосіб прямого спостереження за плином електронів.
Група фізиків на чолі з Джозефом Сулпізіо (Joseph Sulpizio) розробила надчутливий датчик, який здатний локально вимірювати напругу Холла з достатньою для візуалізації точністю. Вчені назвали його одноелектронним транзистором, цей датчик складається з надчистих вуглецевих нанотрубок, в яких поле кожного окремого електрону вимірюється електродом. Вимірювання, які вчені проводять таким чином, не впливають на досліджувані електрони. Сенсор відрізняється хорошою роздільною здатністю при високій чутливості. Вчені вивчали потік електронів у графені - одному шарі атомів вуглецю, організованих у шестикутну решітку.
Два експерименти (при температурі 7,5 і 75 кельвін) показали, що в першому випадку рух електронів носить балістичний характер, а в другому - характер перебігу в'язкої рідини. Різниця полягає у швидкості поширення. У балістичному режимі всі електрони летять з однаковими швидкостями, а ось у разі в'язкої течії швидкість зростає до центру шару і значно падає по його краях - точно так само себе веде рідина в трубі. Причому мова йде не просто про аналогію, перебіг електронів у графені дійсно описують рівняння гідродинаміки. Тепер вчені знають три варіанти руху електронів у матеріалі (дифузне, балістичне і в'язке) і мають експериментальні методики для чіткого визначення кожного з них. Цей експеримент дає вченим можливість з упевненістю застосовувати всі методи гідродинаміки (а це досить стара і добре розвинена теорія) до руху потоку електронів у певних умовах. Методика експерименту і датчик, який розробили вчені, будуть корисні і в інших дослідженнях. Наприклад, при вивченні надпровідності.
Зі звичайними рідинами фізики теж люблять експериментувати. Так, на початку цього року вчені з Франції та Японії вперше закрутили в антиспіраль неосциляторне середовище - плівку мінерального масла, що вільно випливає з резервуара, в дні якого були просверлені круглі отвори.