في المعادن، عادةً تكون الإلكترونات منتشرة الحركة، وتعمل على هيئة جسيمات منفردة، أي إنها لا تكتسب زخمًا كمجموعة.
في دراسة جديدة اكتشف العلماء نوعًا جديدًا من المعادن تتدفق فيه الإلكترونات كما يتدفق الماء في الأنابيب، وذلك عن طريق التفاعل مع أشباه جسيمات تدعى فونونات، تنبثق من اهتزازات في البنية البلورية.
هذا يسبب تحول الإلكترونات في حركتها من السلوك المنتشر (أشباه الجسيمات) إلى السلوك الهيدروديناميكي (أشباه السوائل).
بحسب تقارير البحث، فإن الموصل الفائق المعدني الذي يسبب هذا السلوك هو تجميع من النيوبيوم والجرمانيوم يسمى ديتيتريليد (NbGe2)، ومن المحتمل أن يؤدي ذلك إلى ظهور نوع جديد من الأجهزة الإلكترونية.
قال فازل تافتي الفيزيائي التجريبي من جامعة بوسطن: «أردنا إجراء اختبار شيء جديد، هو سائل الإلكترون-فونون».
«عادةً تكون الإلكترونات مبعثرة بسبب الفونونات التي تؤدي إلى الحركة المنتشرة للإلكترونات في المعادن، وتظهر نظرية جديدة أنه عندما تتفاعل الإلكترونات بقوة مع الفونونات، فإنها سوف تشكل سائل الإلكترون-فونون. السائل المبتكر يتدفق داخل المعادن بنفس الطريقة التي يتدفق بها الماء في الأنبوب».
أكدت ثلاث طرائق تجريبية، فرضية سائل الإلكترون-فونون التي وضعها تافتي وزملاؤه. أولًا، عبر قياس المقاومة الكهربائية في المعدن، والتي أظهرت أن إلكتروناته لها كتلة أعلى مما كان متوقعًا.
ثانيًا، أظهر تحليل رامان لليزر المبعثر أن اهتزازات NbGe2 تتغير بسبب التدفق الغريب للإلكترونات، وأخيرًا كشفت تقنيات الأشعة السينية عن البنية البلورية للمعادن.
كانت كتلة الإلكترونات أكبر بثلاث مرات مما ينبغي، فقد أظهر رسم خريطة المواد المسمى بالذبذبات الكمية أن الإلكترونات والفونونات تتسبب في سلوك غريب.
قال تفتي: «لم نتوقع مثل هذه الإلكترونات الثقيلة في معدن يبدو بسيطًا».
«في النهاية، فهمنا أن التفاعل القوي بين الإلكترون والفونون كان المسؤول عن سلوك الإلكترون الثقيل. لأن الإلكترونات تتفاعل مع الاهتزازات الشبكية أو الفونونات بقوة، إذ تسحبها الشبكة، وتبدو كما لو أنها اكتسبت كتلة وأصبحث ثقيلة».
حاليًا هناك اهتمام بحثي متزايد حول فكرة سائل إلكترون-فونون حتى ولو لم تظهر بعدُ الآثار على الأدوات الإلكترونية ونظم الاتصالات في المستقبل.
هذا العمل الجديد يفتح الباب أمام الكثير من الخيارات المثيرة للاهتمام في الأبحاث المستقبلية. بعد ذلك، يريد الباحثون إيجاد مواد أخرى تسلك نفس سلوك NbGe2، والعمل على التحكم بتدفق سائل الإلكترونات من أجل التطبيقات المستقبلية.
«إن تشتيت إلكترون-فونون يقلل من زخم الإلكترونات في المعادن. وقد يحافظ التبادل الدائم للزخم بين الفونون والإلكترون على الزخم الكلي، ما يؤدي إلى سائل إلكترون-فونون».
«إن هذا الطور من المادة قد يكون منصة لمراقبة هيدروديناميكية الإلكترون».
اقرأ أيضًا:
تحكم بأجهزتك الالكترونية عن طريق جلدك
معادن سائلة ستحقق ثورة في عالم الالكترونيات
ترجمة: عمرو أحمد حمدان
تدقيق: عبد الرحمن داده
مراجعة: مازن النفوري
