{"id":6876,"date":"2017-08-29T11:07:05","date_gmt":"2017-08-29T17:07:05","guid":{"rendered":"http:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/?p=6876"},"modified":"2017-08-29T11:07:05","modified_gmt":"2017-08-29T17:07:05","slug":"experimentos-confirman-la-teoria-del-flujo-de-electrones-superballistic","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/nanotecnologia\/experimentos-confirman-la-teoria-del-flujo-de-electrones-superballistic\/","title":{"rendered":"Experimentos confirman la teor\u00eda del flujo de electrones “superballistic”"},"content":{"rendered":"

Cuando los electrones que viajan individualmente pasan a trav\u00e9s de una abertura estrecha, rebotar\u00e1n de las paredes a cada lado, perdiendo su \u00edmpetu as\u00ed como algo de su energ\u00eda.\u00a0Pero cuando los electrones viajan en grupos densos, son mucho m\u00e1s propensos a rebotar entre s\u00ed que las paredes, y viajar r\u00e1pidamente.Comportarse como part\u00edculas en un fluido viscoso puede ayudar a los racimos de electrones a apretarse a trav\u00e9s de un espacio apretado.<\/p>\n

Cuando muchas personas tratan de atravesar un pasadizo al mismo tiempo, crea un cuello de botella que frena a todos.\u00a0Resulta que lo contrario es cierto para los electrones, que pueden moverse a trav\u00e9s de peque\u00f1as aberturas m\u00e1s r\u00e1pidamente cuando viajan en grupos grandes que cuando volaban en solitario.<\/p>\n

La teor\u00eda del llamado flujo superbal\u00edstico predice que los electrones pueden pasar m\u00e1s f\u00e1cilmente a trav\u00e9s de las constricciones al interactuar entre s\u00ed y, por lo tanto, “cooperar”, de lo que pueden individualmente.\u00a0La teor\u00eda fue propuesta en un documento a\u00a0principios de este a\u00f1o<\/a>\u00a0por un equipo dirigido por el profesor del MIT de f\u00edsica Leonid Levitov.<\/p>\n

Ahora, en un trabajo publicado esta semana en la revista\u00a0Nature Physics<\/em>\u00a0, un equipo de la Universidad de Manchester en el Reino Unido, junto con Levitov y el graduado del MIT Haoyu Guo, han confirmado la teor\u00eda en un experimento que emplea dispositivos construidos a partir de una capa at\u00f3micamente delgada de Grafeno<\/p>\n

La idea detr\u00e1s del flujo superballistic es que las interacciones entre los electrones los hacen moverse en una manera altamente coordinada, imitando el comportamiento de part\u00edculas en l\u00edquidos altamente viscosos.<\/p>\n

Cuando los electrones que viajan individualmente pasan a trav\u00e9s de una abertura estrecha, rebotar\u00e1n de las paredes a cada lado, perdiendo su \u00edmpetu as\u00ed como algo de su energ\u00eda.<\/p>\n

Pero cuando los electrones viajan en grupos densos, son mucho m\u00e1s propensos a rebotar entre s\u00ed que las paredes.\u00a0Tales colisiones electr\u00f3n-electr\u00f3n se conocen como “lossless”, ya que la energ\u00eda total y el impulso neto de las dos part\u00edculas se conservan.\u00a0El impulso de los electrones individuales puede cambiar r\u00e1pidamente en el proceso, sin embargo la conservaci\u00f3n general del momento asegura que las p\u00e9rdidas son muy bajas.<\/p>\n

Como resultado, juntos los electrones son capaces de viajar m\u00e1s r\u00e1pidamente, y pasar a trav\u00e9s de la constricci\u00f3n m\u00e1s f\u00e1cilmente, que solos.<\/p>\n

“Los flujos viscosos de electrones se han anticipado en teor\u00eda, pero nunca se observ\u00f3, en parte porque los materiales no eran lo suficientemente buenos en ese momento, y en parte porque no hab\u00eda buenas propuestas de qu\u00e9 buscar”, dice Levitov.<\/p>\n

Para hacer que el flujo viscoso sea m\u00e1s f\u00e1cil de identificar, el art\u00edculo te\u00f3rico de Levitov sugiri\u00f3 obligar a los electrones a viajar a trav\u00e9s de una constricci\u00f3n, generando una corriente el\u00e9ctrica.\u00a0Esta es una idea similar a la forma en que los investigadores del siglo XIX estudiaron la viscosidad al pasar fluidos a trav\u00e9s de un canal estrecho.<\/p>\n

“Si se corre corriente a trav\u00e9s de una constricci\u00f3n, y las condiciones son correctas y el flujo es viscoso … la resistencia de ese flujo ser\u00e1 anormalmente baja, es decir, inferior a la esperada para el flujo de part\u00edculas libre”, dice Levitov.<\/p>\n

Esta ca\u00edda de la resistencia se puede medir, revelando la presencia de flujo viscoso.<\/p>\n

Los investigadores de Manchester, dirigidos por el profesor de f\u00edsica y ganador del Premio Nobel Andre Geim, grabaron cuidadosamente una serie de constricciones o puntos de pinzamiento en piezas de grafeno encapsuladas entre cristales de nitruro de boro.<\/p>\n

“El equipo grab\u00f3 las hojas de grafeno en una forma en la que formaron varias constricciones, ordenadas en secuencia, y luego aplicaron una corriente tal que fluy\u00f3 a trav\u00e9s de todas estas constricciones, una por una”, dice Levitov.<\/p>\n

Los investigadores midieron entonces la ca\u00edda del potencial el\u00e9ctrico sobre cada constricci\u00f3n independientemente, permiti\u00e9ndoles detectar el caudal a trav\u00e9s de cada punto de pellizco en el dispositivo.<\/p>\n

Encontraron que la conductancia de los electrones exced\u00eda la conductancia m\u00e1xima posible para los electrones libres, conocido como l\u00edmite bal\u00edstico de Landauer.<\/p>\n

Tambi\u00e9n encontraron que la conductancia de los electrones aument\u00f3 con un aumento de la temperatura.<\/p>\n

De esta manera, los investigadores pudieron verificar las predicciones originales de Levitov y Guo dentro de unos pocos d\u00edas.\u00a0Levitov dice que esto es probablemente la confirmaci\u00f3n experimental m\u00e1s r\u00e1pida de una de sus predicciones en toda su carrera, con el m\u00e1s largo de tomar alrededor de 20 a\u00f1os para demostrar.<\/p>\n

Para confirmar sus hallazgos, los investigadores repitieron el experimento con una gama de diferentes dispositivos de grafeno, y obtuvieron los mismos resultados.<\/p>\n

El trabajo apunta hacia la posibilidad de usar interacciones entre electrones para dise\u00f1ar electr\u00f3nica de bajo consumo, dice Levitov.<\/p>\n

Pero m\u00e1s fundamentalmente, dice, abre un nuevo territorio en nuestra comprensi\u00f3n de la f\u00edsica del flujo de carga, en la que los electrones se comportan de manera colectiva.<\/p>\n

Las interacciones electr\u00f3n-electr\u00f3n han sido responsables de una gran variedad de f\u00edsica novedosa y emocionante, pero los efectos de estas interacciones suelen ser m\u00e1s fuertes a medida que la temperatura se reduce, dice Amir Yacoby, un profesor de f\u00edsica en la Universidad de Harvard, que no particip\u00f3 en la investigaci\u00f3n.<\/p>\n

“El r\u00e9gimen de flujo de electrones hidrodin\u00e1mico es otra manifestaci\u00f3n incre\u00edblemente rica de interacciones electr\u00f3n-electr\u00f3n, y esta vez crece con el aumento de la temperatura”, dice Yacoby.<\/p>\n

Esto sugiere que algunos de estos efectos podr\u00edan llegar a ser m\u00e1s accesibles a la observaci\u00f3n que nunca.<\/p>\n

“Los fen\u00f3menos particulares descritos en la teor\u00eda y el experimento son un hermoso ejemplo de un nuevo r\u00e9gimen de conductancia que no ha sido explorado antes”, dice.<\/p>\n

Levitov y su equipo ahora est\u00e1n investigando las implicaciones de estos hallazgos.\u00a0En particular, planean estudiar el transporte de calor dentro del nuevo r\u00e9gimen de mec\u00e1nica de fluidos.<\/p>\n

“Parece que el transporte de calor en este nuevo r\u00e9gimen es tambi\u00e9n muy sorprendente, y m\u00e1s interesante de lo que inicialmente pensamos”, dice.\u00a0“Este r\u00e9gimen de mec\u00e1nica de fluidos podr\u00eda usarse para controlar el flujo de calor en sistemas electr\u00f3nicos de nuevas maneras”.<\/p>\n

Fuente:<\/strong> MIT<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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