Elektrony złapane na zakręcie – Świat Fizyki

Czerpiąc inspirację z przepływu powietrza wokół skrzydeł samolotu, badacze z USA po raz pierwszy zobrazowali fotowzbudzone elektrony przepływające po ostrych zakrętach. Ponieważ takie zagięcia często występują w zintegrowanych obwodach optoelektronicznych, obserwacja „opływów” elektronów może prowadzić do ulepszeń w projektowaniu obwodów.

Ponad 80 lat temu fizycy William Shockley i Simon Ramo wykazali teoretycznie, że gdy elektrony przemieszczają się po zakrętach, ich linie opływowe ulegają miejscowej kompresji, wytwarzając ciepło. Do tej pory jednak nikt nie mierzył tego efektu bezpośrednio, ponieważ bardzo trudno jest obserwować linie przepływu fotoprądów elektronów – czyli prądów elektrycznych indukowanych przez światło – za pomocą działającego urządzenia.

W nowej pracy, o której mowa w Proceedings of the National Academy of Sciences, badacze pod kierownictwem fizyków Nataniel Gabor i Davida Mayesa ukończenia University of California, Riverside zbudowali mikromagnetyczne urządzenie heterostrukturalne wykonane z warstwy platyny na podłożu z granatu itrowo-żelazowego (YIG) i umieścili je w wirującym polu magnetycznym. Następnie skierowali wiązkę lasera na YIG, powodując nagrzanie urządzenia i wywołanie zjawiska znanego jako efekt foto-Nernsta. To właśnie ten efekt generuje fotoprąd.

Obserwując ogólny wzór usprawnień

Zmieniając kierunek zewnętrznego pola magnetycznego, zespół „wprowadza prąd w taki sposób, że możemy nie tylko kontrolować lokalizację jego źródła, ale także jego kierunek” – wyjaśnia Mayes. Co więcej, dodaje, „okazuje się, że jeśli wielokrotnie mierzysz reakcję elektroniki, ostatecznie obserwujesz ogólny wzór linii przepływu”.

Aby zademonstrować skuteczność swojej techniki, badacze powtórzyli eksperymenty na zmodyfikowanym urządzeniu zwanym elektrofolią, które umożliwiło im zniekształcanie, ściskanie i rozszerzanie linii prądu fotoprądu w taki sam sposób, w jaki skrzydła samolotu wykrzywiają, ściskają i rozszerzają przepływ powietrza. W obu scenariuszach linie prądu reprezentują kierunek przepływu, który zapewnia największą reakcję w każdym punkcie, zgodnie z twierdzeniem Shockleya i Ramo.

„Pod koniec lat trzydziestych tych dwóch wybitnych fizyków zdało sobie sprawę, że swobodny ładunek w urządzeniu nie musi dotrzeć do elektrody, aby wywołać reakcję elektryczną” – mówi Mayes Świat Fizyki. „Zamiast tego ruch swobodnych ładunków będzie miał wpływ na wszystkie inne ładunki w urządzeniu ze względu na siłę Coulomba.

„Shockley i Ramo byli w stanie wykazać, że linie prądu nie tylko ilustrują „preferowany” kierunek prądu w urządzeniu, ale także przedstawiają wzór przepływu prądu przez urządzenie, jak gdybyśmy po prostu odchylili jeden koniec urządzenia i uziemili go Inny."

Unikanie gorących punktów

Gabor zauważa, że ​​możliwość określenia, gdzie linie przepływu prądu w urządzeniu są kompresowane, może pomóc projektantom obwodów uniknąć tworzenia takich lokalnych gorących punktów. „Wyniki naszego badania sugerują również, że w obwodzie elektrycznym nie powinny występować ostre zagięcia” – mówi, dodając, że stopniowo zakrzywiające się przewody „nie są obecnie najnowocześniejsze”.

Elektrony nagrzewają się podczas pierwszej obserwacji spinowego efektu Nernsta

Naukowcy badają obecnie sposoby zwiększenia rozdzielczości swojej techniki, testując jednocześnie nowe urządzenia i materiały. W szczególności chcieliby mierzyć opływy w urządzeniach ukształtowanych w geometrię taką jak „zawór Tesli”, który ogranicza przepływ elektronów w jednym kierunku.

„Nasze narzędzie pomiarowe to skuteczny sposób na wizualizację i charakteryzację urządzeń optoelektronicznych z przepływem ładunku” – mówi Gabor. „Mamy nadzieję rozwinąć nasze pomysły w kierunku nowych, pojawiających się materiałów, które obejmują zarówno magnetyczne efekty Nernsta, jak i niekonwencjonalne zachowanie przepływu prądu”.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/electrons-caught-going-around-the-bend/