Електрони, спіймані на повороті – Physics World

Взявши натхнення з потоку повітря навколо крил літака, дослідники в США вперше зобразили фотозбуджені електрони, що течуть навколо різких поворотів. Оскільки такі вигини часто зустрічаються в інтегрованих оптоелектронних схемах, спостереження за «лініями струму» електронів може призвести до вдосконалення схеми.

Понад 80 років тому фізики Вільям Шоклі та Саймон Рамо теоретично показали, що коли електрони рухаються навколо вигинів, їхні лінії струму локально стискаються, виробляючи тепло. Однак досі ніхто не вимірював цей ефект безпосередньо, тому що дуже важко спостерігати лінії потоку електронних фотострумів – тобто електричних струмів, індукованих світлом – через працюючий пристрій.

У новій роботі, яка описана в Праці Національної академії наук, дослідники під керівництвом фіз Натаніель Габор та Девід Мейс в Каліфорнійський університет, Ріверсайд побудував мікромагнітний гетероструктурний пристрій, виготовлений із шару платини на підкладці із залізоітрієвого гранату (YIG), і помістив його в обертове магнітне поле. Потім вони направили лазерний промінь на YIG, що спричинило нагрівання пристрою та викликало явище, відоме як фотоефект Нернста. Саме цей ефект породжує фотострум.

Спостереження за загальною схемою обтічних ліній

Змінюючи напрямок зовнішнього магнітного поля, команда «інжектує струм таким чином, щоб ми не лише контролювали його розташування, але й напрямок», — пояснює Мейс. Більше того, додає він, «виявляється, що коли ви вимірюєте електронний відгук, роблячи це знову і знову, ви в кінцевому підсумку спостерігаєте загальну схему ліній потоку».

Щоб продемонструвати потужність своєї техніки, дослідники повторили експерименти на модифікованому пристрої під назвою електрокрило, яке дозволило їм згортати, стискати та розширювати потоки фотоструму так само, як крила літака згортають, стискають і розширюють потік повітря. В обох сценаріях лінії потоку представляють напрямок потоку, який дає найбільший відгук у кожній точці, як передбачено теоремою Шоклі та Рамо.

«Ще наприкінці 1930-х років ці два видатних фізики зрозуміли, що вільний заряд у пристрої не обов’язково досягає електрода, щоб викликати електричний відгук», — розповідає Майєс. Світ фізики. «Натомість рух вільних зарядів впливатиме на всі інші заряди в пристрої через силу Кулона.

«Шоклі та Рамо змогли показати, що лінії потоку не тільки ілюструють «бажаний» напрямок струму для пристрою, але й що вони також представляють схему потоку струму через нього, як якщо б ми просто зміщували один кінець пристрою та заземлювали інший."

Уникнення гарячих точок

Габор зазначає, що можливість визначити, де в пристрої стискаються лінії потоку струму, може допомогти розробникам схем уникнути створення таких локальних гарячих точок. «Результати нашого дослідження також свідчать про те, що у вашому електричному ланцюзі не повинно бути різких вигинів», — говорить він, додаючи, що поступово викривлені дроти «наразі не є найсучаснішими».

Електрони нагріваються під час першого спостереження спінового ефекту Нернста

Зараз дослідники шукають способи підвищення роздільної здатності своєї техніки, а також тестують нові пристрої та матеріали. Зокрема, вони хотіли б виміряти лінії потоку в пристроях, створених за геометричними формами, такими як «клапан Тесла», який обмежує потік електронів в одному напрямку.

«Наш інструмент вимірювання — це потужний спосіб візуалізації та характеристики потоку заряду оптоелектронних пристроїв», — говорить Габор. «Ми сподіваємося просунути наші ідеї в напрямку нових матеріалів, які включають як магнітні ефекти Нернста, так і нетрадиційну поведінку струму».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/electrons-caught-going-around-the-bend/