Elektronit, jotka jäivät kiinni liikkumasta mutkan ympäri – Fysiikan maailma

Yhdysvaltalaiset tutkijat ovat saaneet inspiraationsa lentokoneen siipien ympärillä kulkevasta ilmavirrasta, ja ne ovat kuvanneet ensimmäistä kertaa valovirittyneitä elektroneja, jotka virtaavat jyrkissä mutkissa. Koska tällaisia ​​mutkia löytyy usein integroiduista optoelektronisista piireistä, elektronien "virtaviivaisuuksien" tarkkaileminen voi johtaa parannuksiin piirien suunnittelussa.

Yli 80 vuotta sitten fyysikot William Shockley ja Simon Ramo osoittivat teoreettisesti, että kun elektronit kulkevat mutkissa, niiden virtaviivat puristuvat paikallisesti ja tuottavat lämpöä. Toistaiseksi kukaan ei kuitenkaan ollut mitannut tätä vaikutusta suoraan, koska elektronien valovirtojen – eli valon indusoimien sähkövirtojen – virtauslinjoja on niin vaikea havaita toimivan laitteen kautta.

Uudessa työssä, joka on kuvattu Proceedings of National Academy of Sciences, fyysikkojen johtamat tutkijat Nathaniel Gabor ja David Mayes että Kalifornian yliopisto, Riverside rakensi mikromagneettisen heterorakennelaitteen, joka tehtiin platinakerroksesta yttriumrautagranaatti (YIG) -substraatille ja asetti sen pyörivään magneettikenttään. Sitten he suuntasivat lasersäteen YIG:hen, mikä sai laitteen lämpenemään ja laukaisi ilmiön, joka tunnetaan nimellä foto-Nernst-efekti. Tämä vaikutus tuottaa valovirran.

Virtaviivausten yleisen mallin tarkkaileminen

Muuttamalla ulkoisen magneettikentän suuntaa tiimi "injektoi virran siten, että emme vain hallitse sen lähteen sijaintia, vaan myös sen suuntaa", Mayes selittää. Lisäksi hän lisää, että "osoittuu, että kun mittaat sähköistä vastausta, kun teet tämän yhä uudelleen ja uudelleen, päädyt havainnoimaan yleistä virtaviivaistumista."

Havainnollistaakseen tekniikansa tehoa tutkijat toistivat kokeita muunnetulla laitteella, jota kutsutaan sähköfoiliksi, jonka avulla he pystyivät vääntämään, puristamaan ja laajentamaan valovirran virtauslinjoja samalla tavalla kuin lentokoneen siivet vääntyvät, puristavat ja laajentavat ilmavirtaa. Molemmissa skenaarioissa virtaviivat edustavat virtaussuuntaa, joka tuottaa suurimman vasteen kussakin pisteessä, kuten Shockley ja Ramon lause ennusti.

"Jo 1930-luvun lopulla nämä kaksi merkittävää fyysikkoa ymmärsivät, että laitteen vapaan latauksen ei tarvitse saavuttaa elektrodia sähköisen vasteen aiheuttamiseksi", Mayes kertoo. Fysiikan maailma. ”Sen sijaan ilmaisten varausten liike vaikuttaa kaikkiin muihin laitteen varauksiin Coulombin voiman takia.

"Shockley ja Ramo pystyivät osoittamaan, että virtaviivat eivät ainoastaan ​​kuvaa laitteen "suositeltua" virran suuntaa, vaan että ne edustavat myös sen läpi kulkevan virran mallia, ikään kuin olisimme yksinkertaisesti esijännittäneet laitteen toisen pään ja maadoittaneet muu."

Vältä kuumia kohtia

Gabor toteaa, että kyky määrittää, missä virran virtauslinjat puristetaan laitteessa, voisi auttaa piirisuunnittelijoita välttämään tällaisten paikallisten hot spottien luomista. "Tutkimuksemme tulokset viittaavat myös siihen, että sähköpiirissä ei pitäisi olla jyrkkiä taivutuksia", hän sanoo ja lisää, että vähitellen kaareutuvat johdot "eivät ole huippumoderni tällä hetkellä".

Elektronit kuumenevat ensimmäisellä spin Nernst -ilmiön havainnolla

Tutkijat tutkivat nyt tapoja parantaa tekniikkansa resoluutiota ja samalla testata uusia laitteita ja materiaaleja. Erityisesti he haluaisivat mitata virtaviivauksia laitteissa, jotka on muotoiltu geometrisiin muotoihin, kuten "Tesla-venttiili", joka rajoittaa elektronien virtausta yhteen suuntaan.

"Mittaustyökalumme on tehokas tapa visualisoida ja karakterisoida varausvirran optoelektronisia laitteita", Gabor sanoo. "Toivomme edistää ideoitamme kohti uusia esiin nousevia materiaaleja, jotka sisältävät sekä magneettisia Nernstin kaltaisia ​​vaikutuksia että epätavanomaista virtauskäyttäytymistä."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/electrons-caught-going-around-the-bend/