Elektroni, ujeti v ovinku – svet fizike

Raziskovalci v ZDA so po navdihu toka zraka okoli kril letala prvič posneli fotovzbujene elektrone, ki tečejo okrog ostrih ovinkov. Ker so takšni zavoji pogosto najdeni v integriranih optoelektronskih vezjih, lahko opazovanje "linij toka" elektronov vodi do izboljšav v načrtovanju vezja.

Pred več kot 80 leti sta fizika William Shockley in Simon Ramo teoretično pokazala, da ko elektroni potujejo okoli ovinkov, se njihove tokne linije lokalno stisnejo in proizvajajo toploto. Vendar do zdaj tega učinka nihče ni izmeril neposredno, ker je tako težko opazovati tok elektronskih fototokov – to je električnih tokov, ki jih inducira svetloba – skozi delujočo napravo.

V novem delu, ki je opisano v Zbornik National Academy of Sciences, raziskovalci pod vodstvom fizikov Nathaniel Gabor in David Mayes od Univerza v Kaliforniji, Riverside izdelal mikromagnetno heterostrukturno napravo iz plasti platine na substratu itrijevega železovega granata (YIG) in jo postavil v vrteče se magnetno polje. Nato so na YIG usmerili laserski žarek, zaradi česar se je naprava segrela in sprožila pojav, znan kot foto-Nernstov učinek. Ta učinek ustvarja fototok.

Opazovanje splošnega vzorca tokovnih linij

S spreminjanjem smeri zunanjega magnetnega polja ekipa "injicira tok na tak način, da ne nadzorujemo le njegove izvorne lokacije, ampak tudi njegovo smer," pojasnjuje Mayes. Še več, dodaja, "izkazalo se je, da ko merite elektronski odziv, ko to počnete vedno znova, na koncu opazujete celoten vzorec tokov."

Da bi dokazali moč svoje tehnike, so raziskovalci ponovili poskuse na spremenjeni napravi, imenovani elektrofoil, ki jim je omogočila, da zvijajo, stisnejo in razširijo tokovne linije fototoka na enak način, kot krila letala zvijajo, stiskajo in širijo tok zraka. V obeh scenarijih pretočni tokovi predstavljajo smer toka, ki daje največji odziv na vsaki točki, kot predvidevata Shockleyjev in Ramov izrek.

"Že v poznih tridesetih letih prejšnjega stoletja sta ta dva ugledna fizika spoznala, da prostemu naboju v napravi ni treba doseči elektrode, da bi povzročil električni odziv," pravi Mayes. Svet fizike. "Namesto tega bo gibanje prostih nabojev vplivalo na vse druge naboje v napravi zaradi Coulombove sile.

»Shockley in Ramo sta lahko pokazala, da pretočne črte ne ponazarjajo le 'prednostne' smeri toka za napravo, ampak da predstavljajo tudi vzorec tokovnega toka skozi njo, kot da bi preprosto premaknili en konec naprave in ozemljili drugo."

Izogibanje vročim točkam

Gabor ugotavlja, da bi zmožnost določitve, kje so v napravi stisnjene linije tokovnega toka, lahko oblikovalcem vezij pomagala preprečiti ustvarjanje takšnih lokalnih vročih točk. "Rezultati naše študije tudi kažejo, da v vašem električnem tokokrogu ne bi smeli imeti ostrih upogibov," pravi in ​​dodaja, da postopno ukrivljene žice "trenutno niso najsodobnejše".

Elektroni se segrejejo pri prvem opazovanju spin Nernstovega učinka

Raziskovalci zdaj raziskujejo načine za povečanje ločljivosti svoje tehnike, hkrati pa preizkušajo nove naprave in materiale. Zlasti bi želeli izmeriti pretočne linije v napravah, oblikovanih v geometrije, kot je "Teslov ventil", ki omejuje pretok elektronov v eno smer.

»Naše merilno orodje je zmogljiv način za vizualizacijo in karakterizacijo optoelektronskih naprav za pretok naboja,« pravi Gabor. "Upamo, da bomo naše zamisli napredovali v smeri novih nastajajočih materialov, ki vključujejo tako magnetne Nernstove učinke kot nekonvencionalno obnašanje tokovnega toka."

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/electrons-caught-going-around-the-bend/