08.09.2021 - Boston College

Los investigadores revelan un nuevo metal en el que los electrones fluyen con una dinámica similar a la de los fluidos

"Este novedoso líquido fluirá dentro del metal exactamente de la misma manera que el agua fluye en una tubería"

Un equipo de investigadores del Boston College ha creado un nuevo espécimen metálico en el que el movimiento de los electrones fluye de la misma manera que el agua en una tubería, pasando fundamentalmente de una dinámica parecida a la de las partículas a otra parecida a la de los fluidos, informa el equipo en Nature Communications.

En colaboración con sus colegas de la Universidad de Texas en Dallas y de la Universidad Estatal de Florida, el profesor adjunto de Física del Boston College, Fazel Tafti, descubrió en el superconductor metálico, una síntesis de niobio y germanio (NbGe2), que una fuerte interacción entre los electrones y los fonones altera el transporte de los electrones desde el régimen difusivo, o de partículas, al hidrodinámico, o de fluidos.

Los resultados marcan el primer descubrimiento de un líquido de electrones y fonones en el interior del NbGe2, dijo Tafti.

"Queríamos comprobar una predicción reciente sobre el 'líquido de electrones y fonones'", dijo Tafti, señalando que los fonones son las vibraciones de una estructura cristalina. "Normalmente, los electrones son dispersados por los fonones, lo que conduce al habitual movimiento difusivo de los electrones en los metales. Una nueva teoría demuestra que cuando los electrones interactúan fuertemente con los fonones, formarán un líquido unido de electrones y fonones. Este nuevo líquido fluirá dentro del metal exactamente de la misma manera que el agua fluye en una tubería".

Al confirmar las predicciones de los teóricos, el físico experimental Tafti -que trabaja con su colega del Boston College, el profesor de física Kenneth Burch, Luis Balicas, de la FSU, y Julia Chan, de la UT-Dallas- dice que el descubrimiento estimulará una mayor exploración del material y sus posibles aplicaciones.

Tafti señaló que nuestra vida cotidiana depende del flujo de agua en las tuberías y de los electrones en los cables. Por muy similares que parezcan, ambos fenómenos son fundamentalmente diferentes. Las moléculas de agua fluyen como un fluido continuo, no como moléculas individuales, obedeciendo las leyes de la hidrodinámica. Los electrones, sin embargo, fluyen como partículas individuales y se difunden dentro de los metales al ser dispersados por las vibraciones de la red.

La investigación del equipo, con importantes aportaciones del estudiante de posgrado Hung-Yu Yang, que se doctoró en la Columbia Británica en 2021, se centró en la conducción de la electricidad en el nuevo metal, el NbGe2, explicó Tafti.

Aplicaron tres métodos experimentales: las mediciones de resistividad eléctrica mostraron una masa mayor de la esperada para los electrones; la dispersión Raman mostró un cambio de comportamiento en la vibración del cristal de NbGe2 debido al flujo especial de electrones; y la difracción de rayos X reveló la estructura cristalina del material.

Utilizando una técnica específica conocida como "oscilaciones cuánticas" para evaluar la masa de los electrones en el material, los investigadores descubrieron que la masa de los electrones en todas las trayectorias era tres veces mayor que el valor esperado, dijo Tafti, cuyo trabajo cuenta con el apoyo de la National Science Foundation.

"Esto fue realmente sorprendente porque no esperábamos que hubiera electrones tan "pesados" en un metal aparentemente sencillo", dijo Tafti. "Con el tiempo, comprendimos que la fuerte interacción electrón-fonón era la responsable del comportamiento de los electrones pesados. Como los electrones interactúan fuertemente con las vibraciones de la red, o fonones, son 'arrastrados' por la red y parece que han ganado masa y se vuelven pesados".

Tafti dijo que el siguiente paso es encontrar otros materiales en este régimen hidrodinámico aprovechando las interacciones electrón-fonón. Su equipo también se centrará en controlar el fluido hidrodinámico de los electrones en dichos materiales y en diseñar nuevos dispositivos electrónicos.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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