Elektronen die de bocht om gaan – Physics World

Geïnspireerd door de luchtstroom rond vliegtuigvleugels hebben onderzoekers in de VS voor het eerst foto-geëxciteerde elektronen in beeld gebracht die door scherpe bochten stromen. Omdat dergelijke bochten vaak voorkomen in geïntegreerde opto-elektronische circuits, zou het observeren van de “stroomlijnen” van de elektronen kunnen leiden tot verbeteringen in het circuitontwerp.

Meer dan 80 jaar geleden toonden de natuurkundigen William Shockley en Simon Ramo theoretisch aan dat wanneer elektronen door bochten reizen, hun stroomlijnen plaatselijk worden samengedrukt, waardoor warmte ontstaat. Tot nu toe had echter niemand dit effect rechtstreeks gemeten, omdat het zo moeilijk is om de stroomlijnen van elektronenfotostromen – dat wil zeggen, door licht geïnduceerde elektrische stromen – via een werkend apparaat waar te nemen.

In het nieuwe werk, dat wordt beschreven in de Proceedings van de National Academy of Sciences, onderzoekers onder leiding van natuurkundigen Nathaniël Gabor en David Mayes van de Universiteit van Californië, Riverside bouwde een micromagnetisch heterostructuurapparaat gemaakt van een laag platina op een yttrium-ijzer-granaat (YIG) substraat en plaatste het in een roterend magnetisch veld. Vervolgens richtten ze een laserstraal op de YIG, waardoor het apparaat opwarmde en een fenomeen veroorzaakte dat bekend staat als het foto-Nernst-effect. Het is dit effect dat de fotostroom genereert.

Het algemene patroon van stroomlijnen observeren

Door de richting van het externe magnetische veld te veranderen, “injecteert het team de stroom op zo’n manier dat we niet alleen de bronlocatie bepalen, maar ook de richting ervan”, legt Mayes uit. Bovendien, zo voegt hij eraan toe, “blijkt het dat wanneer je de elektronische respons meet terwijl je dit keer op keer doet, je uiteindelijk het algemene patroon van stroomlijnen waarneemt.”

Om de kracht van hun techniek aan te tonen, herhaalden de onderzoekers de experimenten op een aangepast apparaat, een elektrofoil genaamd, waarmee ze de fotostroomstroomlijnen konden verdraaien, comprimeren en uitbreiden op dezelfde manier waarop vliegtuigvleugels de luchtstroom verdraaien, comprimeren en uitbreiden. In beide scenario's vertegenwoordigen de stroomlijnen de stroomrichting die op elk punt de grootste respons oplevert, zoals voorspeld door de stelling van Shockley en Ramo.

“Eind jaren dertig realiseerden deze twee eminente natuurkundigen zich dat een vrije lading in een apparaat geen elektrode hoeft te bereiken om een ​​elektrische respons te veroorzaken”, vertelt Mayes. Natuurkunde wereld. “In plaats daarvan zal de beweging van de gratis ladingen alle andere ladingen in het apparaat beïnvloeden als gevolg van de Coulomb-kracht.

“Shockley en Ramo konden laten zien dat de stroomlijnen niet alleen de ‘voorkeurs’ stroomrichting van het apparaat illustreren, maar dat ze ook het patroon van de stroom erdoorheen weergeven, alsof we simpelweg het ene uiteinde van het apparaat hadden voorgespannen en het apparaat hadden geaard. ander."

Het vermijden van hotspots

Gabor merkt op dat het kunnen bepalen waar stroomlijnen in een apparaat worden gecomprimeerd, circuitontwerpers kan helpen dergelijke lokale hotspots te voorkomen. “De resultaten van ons onderzoek suggereren ook dat je elektrische circuit geen scherpe bochten mag hebben”, zegt hij, eraan toevoegend dat geleidelijk gebogen draden “op dit moment niet de modernste techniek zijn”.

Elektronen warmen op bij de eerste waarneming van het spin-Nernst-effect

De onderzoekers onderzoeken nu manieren om de resolutie van hun techniek te vergroten en tegelijkertijd nieuwe apparaten en materialen te testen. In het bijzonder willen ze stroomlijnen meten in apparaten die zijn vormgegeven in geometrieën zoals een ‘Tesla-klep’, die de elektronenstroom in één richting beperkt.

“Ons meetinstrument is een krachtige manier om opto-elektronische apparaten met ladingsstromen te visualiseren en te karakteriseren”, zegt Gabor. "We hopen onze ideeën verder te brengen in de richting van nieuwe opkomende materialen die zowel magnetische Nernst-achtige effecten als onconventioneel stroomgedrag omvatten."

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/electrons-caught-going-around-the-bend/