Исследователи Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) и Новосибирского государственного университета (НГУ) применили наномеханический резонатор и продемонстрировали: электроны в твердом теле могут вести себя как вязкая жидкость, и в потоке электронов действительно возникают вихри.
Электронный вихрь, подобно крошечной стрелке компаса, обладает собственным магнитным моментом. Если приложить внешнее магнитное поле, оно будет стремиться развернуть ось вихря вдоль поля. Однако в обычных экспериментах такого поворота не происходит: вихри малых размеров создают и изучают в массивных чипах, и крутящих сил недостаточно. Ученые использовали новый подход: в их эксперименте вихрь создавался в наномеханическом резонаторе — подвешенной мембране в виде лепестка толщиной 166 нанометров — в сотни раз тоньше человеческого волоса, с одним закрепленным краем. Изменяя направление тока на частоте механического резонанса и наблюдая за возбуждаемыми колебаниями, авторы подтвердили существование электронных вихрей и получили новый способ для их изучения.
«Электрический ток в твердых телах — сложное движение огромного числа электронов. В некоторых случаях взаимодействие между ними играет определяющую роль, и движение становится коллективным: описать его как движение независимых частиц уже нельзя. Поэтому возможность описывать поведение системы как течение вязкой жидкости чрезвычайно важна: она позволяет не только понять происходящее, но и открывает простор для инженерной мысли, — отметил главный научный сотрудник ИФП СО РАН, доктор физико-математических наук Артур Погосов. — Мы с сотрудниками — кандидатом наук Дмитрием Похабовым, Даниилом Сарыповым, Дмитрием Егоровым, кандидатом наук Асхатом Бакаровым — подробно изучили вязкие свойства электронной жидкости электрическими методами. Но, учитывая важность вопроса, не остановились на этом. Вместе с кандидатом наук Андреем Шевыриным мы применили принципиально другой, а именно механический, способ регистрации вихря. Фактически мы свели воедино две области — электронную гидродинамику и наномеханику, что, несомненно, приведет ко множеству новых интересных результатов».
По мнению ученых, в будущем разработанный метод можно применять в различных материалах, а также использовать для создания наноэлектромеханических систем, работающих на новых принципах. Помимо фундаментальных исследований такие проводящие и механически подвижные системы могут служить чувствительными сенсорами разных физических величин — сверхмалых масс, сил, зарядов, спинов.
Исследование поддержано Российским научным фондом.
