Elettroni che scorrono come un liquido: cresce un nuovo campo della fisica

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Alcuni scienziati hanno scoperto un nuovo comportamento degli elettroni che consolida l'apertura di un nuovo campo nel mondo della fisica: l'idrodinamica elettronica. Questo nuovo ambito di studio esiste da tempo, ma con il recente studio sul moto degli elettroni nel grafene potrebbe ricevere un interesse maggiore dai fisici.

Normalmente quello che si cerca di fare nei circuiti elettronici è far sì che la corrente elettrica sia il più ordinata possibile, ovvero che gli elettroni non si scontrino fra di loro aumentando la resistenza del mezzo in cui scorrono.

Il grafene, composto da atomi di carbonio distribuiti in celle esagonali su un piano, è un materiale molto usato nella ricerca dei circuiti nano-elettronici, perché grazie ad esso si riesce a far fluire elettroni in modo ordinato, senza che avvenga il fenomeno di scattering ovvero di 'scontro' fra particelle che ne disturberebbe il moto. L'obiettivo è far sì che questi elettroni scorrano in maniera più ordinata possibile, o almeno così era prima del nuovo studio pubblicato su Nature Physics dall'università di Manchester.

La nuova ricerca dimostra che è possibile ottenere una conduttività maggiore, ovvero utilizzare meno energia per avere più corrente, facendo scorrere gli elettroni in modo che scorrano esattamente come un fluido. Il risultato è assolutamente contro-intuitivo: far scontrare gli elettroni l'uno con l'altro genera interferenza e in generale ne impedisce il movimento in un cristallo, eppure in alcune condizioni specifiche è possibile innescare un moto simile a quello dell'acqua che scorre.

Il fluire degli elettroni come un fluido deriva dal fatto che alcuni fra essi scorrono sui bordi del cristallo più lentamente, dove l'energia viene dissipata maggiormente. Questo fa sì che gli elettroni che scorrono al centro del cristallo siano protetti dalle regioni esterne dove perderebbero energia e vengono guidati al centro in un moto con una resistenza estremamente bassa, un valore che non si pensava di poter raggiungere con un moto di elettroni ordinato. In questo caso il disordine aumenta la conduttività invece di ridurla, il tutto sfruttando sempre il grafene come materiale costrittivo.

Lo stesso meccanismo avviene quando l'acqua scorre in un fiume: le due zone del flusso d'acqua che sono vicine alle sponde sono rallentate a causa del contatto con la terra. Lo stesso vale per la zona di flusso che scorre vicino al fondale. Il risultato è che l'acqua al centro del fiume scorre più veloce di quella ai lati.

FONTE: phys.org
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