Diseñan en el Boston College metal "tubería" para electrones

Trabajando con investigadores de la Universidad de Texas en Dallas y la Universidad Estatal de Florida, el profesor asistente de física de Boston College, Fazel Tafti, encontró en el superconductor metálico, una síntesis de niobio y germanio (NbGe2), que con una fuerte interacción entre electrones y fonones, altera el transporte de electrones desde el régimen difusivo, similar a una partícula, al régimen hidrodinámico, similar a un fluido.

Los hallazgos marcan el primer descubrimiento de un líquido electrón-fonón dentro de NbGe2, dijo Tafti.

"Queríamos probar una predicción reciente del 'fluido electrón-fonón'", dijo Tafti, y señaló que los fonones son las vibraciones de una estructura cristalina.

"Normalmente, los electrones son dispersados ​​por fonones, lo que conduce al movimiento de difusión habitual de los electrones en los metales. Una nueva teoría muestra que cuando los electrones interactúan fuertemente con los fonones, formarán un líquido unido electrón-fonón. 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 de Boston College, el profesor de física Kenneth Burch, Luis Balicas de FSU y Julia Chan de UT-Dallas, dice que el descubrimiento estimulará una mayor exploración del material y sus aplicaciones potenciales.

Tafti señaló que nuestra vida diaria depende del flujo de agua en las tuberías y de los electrones en los cables. Por muy similares que parezcan, los dos 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 a medida que se dispersan por las vibraciones reticulares.

La investigación del equipo, con contribuciones significativas del investigador estudiante de posgrado Hung-Yu Yang, quien obtuvo su doctorado en Columbia Británica en 2021, se centró en la conducción de electricidad en el nuevo metal, NbGe2, dijo Tafti.

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

Al utilizar una técnica específica conocida como "oscilaciones cuánticas" para evaluar la masa de electrones en el material, los investigadores encontraron que la masa de electrones en todas las trayectorias era tres veces mayor que el valor esperado, dijo Tafti, cuyo trabajo está respaldado por la Fundación Nacional de Ciencias.