Nesteen kaltaiset elektronit avaavat uusia teknisiä mahdollisuuksia

Apulaisprofessori Denis Bandurin ja hänen tiiminsä Singaporen kansalliselta yliopistolta (NUS) tutkivat, kuinka kvanttimateriaalit ovat vuorovaikutuksessa sähkömagneettisen säteilyn kanssa nanomittakaavassa paljastaakseen uusia tieteellisiä ilmiöitä ja niiden mahdollista käyttöä tulevaisuuden teknologioiden kehittämisessä.

Äskettäin julkaistussa tutkimuksessa ryhmä raportoi, että kun grafeeni altistetaan terahertsien sähkömagneettiselle säteilylle, elektronineste lämpenee ja sen viskositeetti pienenee huomattavasti, mikä johtaa pienempään sähkövastukseen – aivan kuten öljy, hunaja ja muut viskoosit nesteet virtaavat helpommin, kun niitä kuumennetaan liedellä.

Aivan kuten kaasujen ja nesteiden molekyylit, kiinteiden aineiden elektronit törmäävät usein toisiinsa ja voivat siten käyttäytyä kuin viskoosit nesteet.

Viskoosit elektroninesteet ovat ihanteellisia sellaisten materiaalien uusien käyttäytymismallien löytämiseen, joissa elektroni-elektroni vuorovaikutukset ovat erityisen voimakkaita.

Ongelmana on, että useimmat materiaalit ovat harvoin tarpeeksi puhtaita mahdollistamaan elektronien pääsemiseen viskoosiseen kulkumuotoon.

Grafeeni on erittäin puhdasta materiaalia, joka sisältää vain muutamia vikoja, epäpuhtauksia ja fononeja, joten elektroni-elektroni vuorovaikutuksista tulee pääasiallinen sirontalähde, joka johtaa viskoosiseen elektronivirtaan.

NUS-ryhmän tutkimus osoitti, että hyödyntämällä viskositeetin vähennysvaikutusta tutkijat voivat luoda innovatiivisia laitteita, jotka voivat havaita THz-aaltoja havaitsemalla resistanssin muutokset.

Tutkimuksessa apulaisprofessori Bandurin ja hänen tiiminsä kehittivät samalla uuden elektronisen laiteluokan, jota kutsutaan viskoosiksi elektronibolometriksi.

Nämä bolometrit edustavat ensimmäistä käytännöllistä, todellista viskoosisen elektroniikan sovellusta konseptia, jota aikoinaan pidettiin puhtaasti teoreettisena. Tällaiset bolometrit pystyvät havaitsemaan resistanssin muutokset erittäin tarkasti ja nopeasti toimien periaatteessa pikosekuntien asteikolla.

Ymmärtää ja hyödyntää tavan, jolla elektronit liikkuvat yhdessä kollektiivisena nesteenä, avaa mahdollisuuden ajatella elektroniikkalaitteiden suunnittelua kokonaan uudelleen. Tätä silmällä pitäen apulaisprofessori Bandurin ja hänen tiiminsä työskentelevät aktiivisesti optimoidakseen nämä viskoosit elektronibolometrit käytännön sovelluksiin.

Kun tiedemiehet paljastavat lisää salaisuuksia kvanttimateriaalien nousevasta maailmasta, on selvää, että perinteiset elektronien käyttäytymismallit eivät enää riitä. Omaksumalla tämän uuden ymmärryksen viskoosista elektroniikasta voisimme olla uuden teknisten mahdollisuuksien aallon partaalla.

Aiheesta aiemmin:

Elektronit käyttäytyvät hienojakoisemmin

Elektronien nestettä huonelämpötilassa

Elektronit kulkevatkin nopeammin