首次发表APS物理
比蜜还浓．这张来自模拟的图像显示了电子作为粘性流体流动的流线(白色)。这些环表明液体在细孔中形成了涡流。颜色表示每个位置的功耗，从0(深蓝色)到最大值(暗红色)。a·c·凯瑟et al。［1］
在某些条件下，电子可以像比蜂蜜还稠的液体一样流动。现在，研究人员已经设法观察到这种粘性流体的行为，可以进行明确的测量，并与理论进行更精确的比较[1］．以往的研究已经证实了粘性电子流在薄通道中流动，但无法消除通道侧壁的复杂影响。新的实验装置具有完美的光滑边界，可以为流体物理和描述低温下金属电子的基本理论的测试提供一个良好的控制平台。
电子传导的教科书理论——德鲁德模型——将固体描述为弹球机，电子在晶格中的原子上反弹。但一个更详细的理论预测了一种奇异状态的可能性，在这种状态下，电子在固体中流动，并像粘性流体中的分子一样相互作用。这种类似流体的行为可以在新型电子设备和模拟其他流体系统的实验中加以利用。要达到这种状态，温度应该非常低，以至于电子不太可能从热激发的晶体振动中散射出去，材料也应该非常纯净，以至于电子从缺陷上散射出去的情况很少。
2016年，在第一个实验提案提出50多年后，人们发现单分子厚材料石墨烯的原始薄片中的电子表现出粘性流体的特征，包括电流漩涡的形成[2］．一些更多的研究揭示了二维材料中的粘性流体行为，但没有一个能精确地描述电子与不规则材料边界的相互作用。这个“边界问题”使得完全模拟电子流体变得困难，从而使得对粘性流动的观测难以明确地解释。它还阻碍了流体基本性质的测量，包括粘度。
引导电子．实验中使用的两个25微米长的通道的显微镜图像。有凹槽的沟道在中间偏左，直沟道在中间偏右。a·c·凯瑟等．［1］
为了解决这个问题，澳大利亚新南威尔士大学的亚历山大·汉密尔顿和他的同事们使用了一种不同的方法来创造电子通道。在以前的设备中，通道是用化学方法在材料薄片上雕刻的，这样会留下粗糙的侧壁。在新方案中，Hamilton和他的同事们在层状半导体内部制造了通道。在这些层的顶部，一个又长又窄的金属电极在矩形区域上产生垂直电场，矩形区域定义了通道的范围，通道的边缘远离材料的物理边界。“这就像一条有‘硬肩’的高速公路，”汉密尔顿说。他说，电子在主通道中流动，不会受到应急通道中任何“碎片”或缺陷的影响。
研究小组通过比较不同宽度的通道，找到了平滑边界的证据。如果电子和边界之间存在摩擦，随着宽度的减小，通道电阻率(一种与电阻有关的特性)会增加，但电阻率几乎没有变化。
为了证实粘性流动，研究人员比较了直通道和“齿状”通道的阻力，“齿状”通道的边缘包括矩形的齿状，类似于中世纪城堡墙壁的顶部边缘。测量的电阻及其对温度和磁场等参数的依赖只能通过假设电子在crenelles内形成涡流来解释。这些涡流是粘性流体的特征。在没有侧壁摩擦的情况下，研究小组可以通过电阻测量直接确定电子粘度。他们发现电子的粘性几乎是蜂蜜的300倍。
Hamilton说，这种装置可以为流体动力学和湍流的基础研究提供一个“本质上完美的风洞”。紊流的定量理论仍然缺乏，发展这种理论的一个关键障碍是设计实验，其中所有参数，包括隧道的边界效应，都得到很好的控制。汉密尔顿设想将各种形状的物体嵌入电子通道中，以研究漩涡和湍流的形成。
在布莱克斯堡的弗吉尼亚理工大学研究材料中的电荷传输的Jean Heremans说，这个新方案可能对固态物理学有重要的意义。他说，由于测量的不确定性，费米液体理论(冷金属电子的标准理论)的一些基本预测很难高精度地测试。但是Hamilton的团队能够使用粘度测量，以相对较低的不确定性确定理论的一个基本参数:所谓的准粒子寿命。这一数值接近理论预测，但并不完全吻合。Heremans说，这种差异还需要进一步研究，有一种新的、更直接的方法来衡量准粒子的寿命是一个“有影响力的发展”。
马特奥里
马泰奥·里尼是物理．
参考文献
- a·c·凯瑟等，“二维电子流体中普遍流体动力流动的几何控制”，理论物理。修订版x11,031030 (2021)．
- L. Levitov和G. Falkovich，“石墨烯中的电子粘度、电流涡流和负非局部电阻”，物理学报12 (2016)．
第一次出版APS物理2021年8月6日