科学探索|科学家首次看到电子漩涡：将促成下一代电子技术的诞生科学家首次看到电子漩涡：将

水分子虽然是独立的粒子，但它却像液体一样集体流动并创造出水流、波浪、漩涡和其他经典的流体现象。这跟电不一样。虽然电流同样是由不同的粒子构成--在这种情况下是电子--但这些粒子非常得小，以至于当电子通过普通金属时，它们之间的任何集体行为都被更大的影响所淹没。
【科学探索|科学家首次看到电子漩涡：将促成下一代电子技术的诞生】

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然而，在特定的材料和特定的条件下，这种影响会逐渐消失，电子则可以直接相互影响。在这些特定情况下，电子可以像流体一样集体流动。
现在，来自麻省理工学院(MIT)和魏茨曼科学研究院的物理学家们终于观察到了电子在旋涡中流动--这是理论家们预测电子应该表现出来的流体流动的一个标志，但在现在之前从未见过。
MIT物理学教授Leonid Levitov说道：“电子涡流在理论上是可以预期的，但一直没有直接的证据，眼见为实。现在我们已经看到了它，它是处于这个新体系中的明显标志，在这个新体系中，电子的行为是一种流体，而不是单个粒子。”
相关研究文章已于7月6日发表在《Nature》，这些观察结果可以为设计更高效的电子产品提供参考。
“我们知道当电子处于流体状态时，（能量）耗散会下降，这对试图设计低功耗的电子产品很有意义。这个新的观察是朝着这个方向迈出的另一步，”Levitov说道。
Levitov是这篇新论文的共同作者，同时还有以色列魏茨曼科学研究所和科罗拉多大学丹佛分校的Eli Zeldov和其他人。

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一个集体的挤压
当电流通过大多数普通金属和半导体时，电流中电子的动量和轨迹会受到材料中的杂质和材料原子间振动的影响。这些过程主导着普通材料中的电子行为。
但理论家们预测，在没有这些普通的、经典的过程时，量子效应应该占据主导地位。也就是说，电子应该能接收到彼此微妙的量子行为并集体移动--就像一种粘稠的、类似蜂蜜的电子液体。这种液体般的行为应该出现在超净材料和近零温度下。
2017年，Levitov和曼彻斯特大学的同事报告了石墨烯中这种类似液体的电子行为的特征，他们在其上蚀刻了一个有几个夹点的薄通道。石墨烯是一种原子厚度的碳片。Levitov他们观察到，通过该通道的电流可以在几乎没有阻力的情况下流过收缩点。这表明，电流中的电子能够像流体一样集体挤过夹点，而不是像单个沙粒一样堵塞。
这一初步迹象促使Levitov去探索其他电子流体现象。在新研究中，他和魏茨曼科学研究所的同事们寻找可视化的电子涡流。正如他们在论文中写道：“常规流体流动中最引人注目和无处不在的特征即涡流和湍流的形成，尽管有许多理论预测但在电子流体中尚未观察到。”
引导流动
为了将电子涡流可视化，研究小组将目光投向了二碲化钨(WTe2)，这是一种超净金属化合物，当以单原子薄的二维形式隔离时它被发现表现出奇异的电子特性。
Levitov说道：“二碲化钨是新的量子材料之一，其中电子具有强烈的相互作用并表现为量子波而不是粒子。此外，这种材料非常干净，这使得类似流体的行为可以直接获得。”
研究人员合成了二碲化钨的纯单晶并剥落了该材料的薄片。然后，他们使用电子束光刻和等离子体蚀刻技术，聪从而将每个薄片图案化为一个中心通道并跟两侧的圆形室相连。他们在金的薄片上蚀刻了同样的图案--一种具有普通、经典电子特性的标准金属。