Baru Ditemukan Fenomena Menunjukkan Elektron Bisa Pindah Banyak lebih cepat dari yang diharapkan

TOPIK: MITNanoscienceNanotechnologyPhysicsQuantum MechanicsWeizmann Institute Of Science

Sebuah studi baru menunjukkan bahwa elektron melewati penyempitan sempit di sepotong logam dapat bergerak jauh lebih cepat dari yang diharapkan, dan bahwa mereka bergerak lebih cepat jika ada lebih dari mereka - hasil yang tampaknya paradoks.

Sebuah temuan baru oleh fisikawan di MIT dan di Israel menunjukkan bahwa di bawah kondisi khusus tertentu, elektron dapat mempercepat melalui lubang sempit di sepotong logam lebih mudah dari teori tradisional mengatakan adalah mungkin.

Ini "superballistic" aliran menyerupai perilaku gas yang mengalir melalui lubang terbatas, namun berlangsung dalam cairan elektron kuantum mekanik, kata profesor MIT fisika Leonid Levitov, yang adalah penulis senior dari kertas menggambarkan temuan yang muncul minggu ini dalam Prosiding National Academy of Sciences.

Dalam lorong terbatas, baik untuk gas melewati tabung atau elektron bergerak melalui bagian logam yang menyempit ke titik, ternyata bahwa banyak, meriah: tandan Big molekul gas, atau tandan besar elektron, bergerak lebih cepat dari jumlah yang lebih kecil melewati rintangan yang sama.

Perilaku tampaknya paradoks. Seolah-olah gerombolan orang-orang mencoba untuk masuk melalui pintu yang sekaligus menemukan bahwa mereka bisa melewati lebih cepat dari satu orang akan melalui sendirian dan terhalang. Tetapi para ilmuwan telah dikenal selama hampir satu abad bahwa ini adalah persis apa yang terjadi dengan gas melewati lubang kecil, dan perilaku yang dapat dijelaskan melalui sederhana, fisika dasar, Levitov kata.

Dalam sebuah lorong dari ukuran tertentu, jika ada sedikit molekul gas, mereka dapat melakukan perjalanan tanpa hambatan di garis lurus. Ini berarti jika mereka bergerak secara acak, sebagian besar dari mereka akan cepat menabrak dinding dan terpental, kehilangan sebagian energi mereka ke dinding dalam proses dan sehingga memperlambat setiap kali mereka memukul. Tapi dengan batch yang lebih besar dari molekul, sebagian besar dari mereka akan bertemu molekul lain lebih sering daripada mereka akan memukul dinding. Tabrakan dengan molekul lain yang "lossless," karena energi total dari dua partikel yang bertabrakan diawetkan, dan tidak ada perlambatan keseluruhan terjadi. "Molekul gas dapat dicapai melalui 'kerja sama' apa yang mereka tidak dapat menyelesaikan secara individu," katanya.

Sebagai kepadatan molekul di gang naik, ia menjelaskan, "Anda mencapai titik di mana tekanan hidrodinamik Anda perlu mendorong gas melalui turun, meskipun kepadatan partikel naik." Singkatnya, aneh karena akan terlihat , crowding membuat molekul mempercepat.

Fenomena yang sama, para peneliti sekarang laporan, mengatur perilaku elektron ketika mereka meluncur melalui sepotong sempit dari logam, di mana mereka bergerak dalam aliran fluida-seperti.

Hasilnya adalah bahwa, melalui cukup sempit, penyempitan titik-seperti di logam, elektron dapat mengalir pada tingkat yang melebihi apa yang telah dianggap batas fundamental, yang dikenal sebagai batas balistik Landauer ini. Karena itu, tim telah dijuluki efek baru "superballistic" aliran. Ini merupakan penurunan besar dalam tahanan listrik dari logam - meskipun jauh lebih sedikit dari penurunan dari apa yang akan diperlukan untuk menghasilkan resistensi nol dalam logam superkonduktor. Namun, tidak seperti superkonduktivitas, yang membutuhkan temperatur yang sangat rendah, fenomena baru dapat terjadi bahkan pada suhu kamar dan dengan demikian mungkin jauh lebih mudah untuk menerapkan untuk aplikasi di perangkat elektronik.

Bahkan, fenomena tersebut sebenarnya meningkatkan dengan meningkatnya suhu. Berbeda dengan superkonduktivitas, Levitov mengatakan, aliran superballistic "dibantu oleh suhu, daripada terhalang oleh itu."

Melalui mekanisme ini, Levitov mengatakan, "kita dapat mengatasi batas ini bahwa setiap orang pikir adalah batas mendasar pada seberapa tinggi konduktansi bisa. Kami telah menunjukkan bahwa seseorang dapat melakukan lebih baik dari itu. "

Dia mengatakan bahwa meskipun kertas khusus ini adalah murni teoritis, tim lain sudah membuktikan prediksi dasar eksperimental. Sementara speedup yang diamati dalam mengalir gas dalam kasus analog dapat mencapai sepuluh kali lipat atau speedup lebih besar, itu masih harus dilihat apakah perbaikan besarnya yang dapat dicapai untuk konduktansi listrik. Tetapi bahkan pengurangan sederhana dalam perlawanan di beberapa sirkuit elektronik bisa menjadi perbaikan yang signifikan, katanya.

"Karya ini adalah hati-hati, elegan, dan mengejutkan - semua keunggulan dari sangat penelitian yang berkualitas," kata David Goldhaber-Gordon, seorang profesor fisika di Stanford University yang tidak terlibat dalam penelitian ini. "Dalam ilmu, saya merasa fenomena yang membingungkan intuisi kita selalu berguna dalam peregangan pengertian kita tentang apa yang mungkin. Di sini, gagasan bahwa lebih elektron dapat masuk melalui lobang jika elektron menangkis satu sama lain daripada bepergian secara bebas dan mandiri cukup berlawanan dengan intuisi, sebenarnya kebalikan dari apa yang kita digunakan untuk. Ini terutama menarik bahwa Levitov dan rekan kerja menemukan bahwa konduktansi dalam sistem seperti berikut seperti aturan sederhana. "

Sementara pekerjaan ini adalah teoritis, Goldhaber-Gordon menambahkan, "prediksi sederhana dan mencolok Pengujian Levitov ini EKSPERIMEN