Ученые доказали наличие электро-фотонной жидкости в металле
Команда ученых обнаружила металл, в котором движение электронов происходит так же, как вода движется в трубе. Частицеподобная динамика фундаментально изменяется на движение, свойственное жидкостям, из-за сильного электрон-фотонного взаимодействия. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Ученые обнаружили, что в металлическом сверхпроводнике, синтезе ниобия и германия (NbGe2), сильное взаимодействие между электронами и фононами изменяет перенос электронов из частицеобразного режима в жидкообразный. Фононы — это колебания кристаллической структуры. Полученные результаты представляют собой первое открытие электронно-фононной жидкости внутри NbGe2.
«Новая теория показывает, что, когда электроны сильно взаимодействуют с фононами, они образуют единую электронно-фононную жидкость. Эта новая жидкость будет течь внутри металла точно так же, как вода течет в трубе», — рассказывает Фазель Тафти, автор исследования из Бостонского колледжа (США).
Поток воды в трубах и движение электронов в проводах принципиально различны. Молекулы воды текут как жидкая сплошная среда, а не как отдельные молекулы. Электроны же движутся как отдельные частицы и диффундируют внутри металлов, когда они рассеиваются колебаниями решетки.
Исследователи применили три метода, чтобы проанализировать NbGe2 и движение электронов. Измерения электрического сопротивления показали более высокую, чем ожидалось, массу электронов. Комбинационное рассеяние продемонстрировало, как меняется поведение вибрации кристалла NbGe2 из-за особого потока электронов. Дифракция рентгеновских лучей выявила кристаллическую структуру материала. Используя специальную технику, известную как «квантовые колебания», исследователи обнаружили, что масса электронов во всех траекториях была в три раза больше ожидаемого значения. «Мы поняли, что сильное электронно-фононное взаимодействие отвечает за поведение тяжелых электронов. Поскольку электроны интенсивно взаимодействуют с колебаниями решетки, они как бы "притягиваются" ей, и кажется, что они набрали массу и стали тяжелыми», — заключает Тафти. Все эти наблюдения, отмечают ученые, говорят о наличии электрон-фононной жидкости в дитетрелиде переходного металла.