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尽管理论上预测了电子，但直到现在才看到电子在漩涡中流动。
粒子的螺旋。来源：Weiquan Lin / Getty。
你有没有留意过排干浴缸或水槽时形成的漩涡，然后想：电子是否可以像这样流动？但物理学家几十年来一直在思考这个问题。现在，科学家首次在漩涡中观测到电子在漩涡中流动。
水分子相互影响，产生类流体力学的集体行为。
由于电子如此之小，任何集体行为在通过金属传导时通常都会被淹没。但是，在特定条件下和特定材料下，电子的行为可以与其他流体一样。
事实上，理论家已经预测了一段时间，电子应该会表现出龙卷风般的流动。现在，来自美国麻省理工学院（MIT）和以色列魏茨曼科学研究所的物理学家团队是第一个真正观察到电子在涡流中流动的人。
该团队的发现发表在《自然》杂志上，据说能够帮助生产下一代、更高效的电子产品。
麻省理工学院物理学教授Leonid Levitov表示：“理论上预计电子涡流是预期的，但没有直接的证据，视觉就是相信”。“现在我们已经看到了，这是处于这种新制度中的明确标志，在这个制度中，电子表现为流体，而不是单个粒子”。
通常，当电子在金属或半导体中流动时，它们的路径首先取决于材料中的杂质和振动。
但当这些经典考虑被删除时，量子效应就会接管，电子开始影响彼此的量子行为。然后，电子开始作为粘性蜂蜜状电子流体集体移动。
这种行为在几乎没有杂质的金属（称为“超清洁”金属）和接近绝对零度的温度中应该很明显。
这不是第一次在电子中看到类似液体的行为。Levitov和他的曼彻斯特大学同事早在2017年就报告了电子流动墨烯的流动性特征。
这促使莱维托夫探索电子中的其他流体现象。漩涡是最大的涡。正如作者在《自然》论文中写道：“尽管有许多理论预测，但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，尚未在电子流体中观察到”。
因此，该团队转向了二碲化钨（WTe2）的单原子层，这是一种超清洁的金属化合物，在那里可以看到有趣的电子效应。
二碲化钨是电子强烈相互作用并表现为量子波而不是粒子的新量子材料之一。此外，材料非常干净，这使得流体样的行为可以直接访问。
该小组蚀刻了二碲化钨中电子侧室的路径，对金片也进行了同样的操作，以比较标准金属中的流动与普通电子行为。将两个样本冷却到绝对零度以上4.5°C，研究人员通过它们传递电流，并测量了特定点的流量。
不出所料，金片中的电子不会反转，即使面对侧室。然而，二碲化钨中的电子通过主通道流动，并旋转到侧室，形成小漩涡，然后重新加入中心路径。
研究团队观察到腔室的流动方向发生了变化，与中央带的流动方向相反。“它与普通流体中的物理学相同，但发生在纳米尺度上的电子上，这是电子处于流体状态的明确特征”。
除了首次直接观测电子漩涡外，这些发现还为设计电流流阻力较小的低功率器件提供了机会。
我们知道当电子处于流体状态时，[能量]耗散会下降，这对于试图设计低功耗电子产品很重要。
“这一新观察是朝着这个方向迈出的又一步”。
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