Физики из Новосибирска увидели квантовый вихрь электронов с помощью нанорезонатора

При температуре минус 254 градуса Цельсия физики Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН и Новосибирского государственного университета впервые в мире доказали: электроны способны течь как жидкость, образуя гидродинамические вихри.

Увидеть их помог наномеханический резонатор — тонкий круглый «лепесток» с двумерным электронным газом, закреплённый с одного конца. Электронный вихрь поместили внутрь этой полости, приложили внешнее магнитное поле и измерили отклик системы.

Прибор оказался чувствительнее, чем можно ожидать от механики. «Лепесток» колеблется при мельчайших изменениях электрофизических параметров — в том числе вызванных вихрем. Обычно такие вихри ищут сканирующей зондовой микроскопией или SQUID-магнитометрией, а эти методы предъявляют большие требования к оборудованию. Новый способ надёжнее и проще, и для подтверждения электронной гидродинамики он обходится без дорогостоящих измерений.

Технологическая цепочка эксперимента выстроена целиком в России. Многослойные полупроводниковые структуры на основе арсенида галлия вырастили методом молекулярно-лучевой эпитаксии в ИФП СО РАН, там же создали и резонатор. За работой стоят два института — академический и университетский, — то есть у направления есть кадровая база, а не только разовый результат.

Практическое поле открытия шире одной задачи. Метод пригодится для изучения электронно-жидкостных эффектов в графене, для усовершенствования нанорезонаторов и наносенсоров. Старший научный сотрудник ИФП СО РАН Андрей Шевырин называет и более далёкую цель — демонстрацию электронной турбулентности. «Фактически, мы впервые сводим воедино две интересные области — электронную гидродинамику и наномеханику», — приводит его слова пресс-служба Минобрнауки России.