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量子科学家强迫电子打破欧姆定律

时间：2022-04-13 18:25:14 来源：

T形微通道装置由三个储罐组成，三个储罐之间通过T型接头相连。

如果您看到人们走在街道上并到达路口，则很难预测他们会朝哪个方向行驶。但是，如果您看到人们坐在分开的船上，顺着一条小溪漂流而下，并且溪流分成两个通道，则很可能，即使不是全部，大多数人也会沿着一个通道流动，而该通道的流动性更强。

冲绳科技大学研究生院（OIST）量子动力学部门的科学家正在寻找类似的东西，但是他们的研究规模要小得多。他们正在进行实验，以了解电子的运动如何受到流体的影响。这项研究发表在《物理评论快报》上。

负责该股的Denis Konstantinov教授用金属丝演示了这一概念。“如果我们通过一根电线流过电流，那么我们知道电子将从一端移动到另一端。如果我们将导线分成两部分，一半的电子将向下流动，而另一半则将向下流动。”

这是由于欧姆定律（一种物理定律）所致，该定律规定电流与电压成正比，与电阻成反比，因此，如果电阻在两个通道之间平均分配，则一半的电子将沿着每个通道下降。

“但是，”康斯坦丁诺夫教授解释说。“如果电子坐在液体上而不是固体上，它们可能会破坏欧姆定律。这就是我们想要衡量的。”

当电子坐在超流氦中时，它会被困在液体的凹坑中并形成双极子。科学家想看看这是否会改变电子的行为。

该理论来自极化子的概念，极化子是一种电子，它被其所位于的介质云“修饰”。这使其变得更重，更慢并且改变了其行为。以前，已经根据固体中的离子晶体讨论了极化子，但很少涉及液体中的离子晶体。

研究人员使用了具有多种独特性质的超流氦。例如，当任何其他液体冻结时，它在温度降至绝对零时仍保持液态，其行为类似于粘度为零或没有阻力的流体。电子将只能坐在顶部，而不能下沉。因此，它为研究人员提供了二维电子系统。

他们创建了一个微米级规模的微小结构，该结构由一个T型接头连接在一起，形成了三个储层，并将该结构略微浸入了超流体氦中。

裂极子继续笔直，而不是在结处分裂，这将是电子的正常行为。

当电子移动并干扰液体时，它们会产生毛细波或波纹。在高电子密度下，电子被束缚在浅波谷中。这些与传统的极化子略有不同，因此研究人员称其为ripplopolarons，是受到它们与水波纹相似之处的启发。

康斯坦丁诺夫教授说：“欧姆定律规定，电子应在T结处分裂，但由于动量守恒，流体的流动应继续沿直线前进。我们的理论认为，双极子-被俘获的电子-会破坏欧姆定律，并且都将沿同一方向传播。”

研究人员施加了电场，将波极子移出了左水库。当他们沿着河道移动时，他们来到了交汇处，可以转身去旁边的水库，也可以继续直奔右边的水库。

正如研究人员所预料的那样。沿动量守恒而不是欧姆定律，水波极化子从左边的水库一直延伸到右边的水库。

但是，这种违法行为仅在某些情况下发生。电子的密度必须很高，否则就不会形成双极子，温度也必须很低，或者波会简单地散发出来。当研究人员以相反的方向进行实验时，他们发现了相同的单向运动，但是当他们将电子从侧面储层中运出时，他们发现裂极子会撞到顶部的壁上，波将消失并且波峰会消失。 [无电]电子将再次遵循欧姆定律。

尽管有用于理解电子如何运行的应用程序，但该实验主要是由好奇心驱动的。康斯坦丁诺夫教授说：“我们想知道电子如何受电子进入的介质的影响，对我们来说，这是令人兴奋的发现。但是，了解这些属性也很重要。流体中的电子在构建量子位时非常有用，量子位是组成量子计算机的微小部分。如果我们可以将流体中的电子用于量子比特，我们可以为计算机创建一个灵活的，可移动的体系结构。”

参考：A.O.的“通过三端微通道设备中的波纹极化子进行单向电荷传输” Badrutdinov，D.G.里斯（美国）林琳斯莫罗丁和康斯坦丁诺夫（D. Konstantinov），2020年3月23日，《物理评论快报》。
10.1103 / PhysRevLett.124.126803

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