ナノスケール材料：Landauer–Sharvin抵抗なしに流れる流体力学的電子の画像化
Nature 609, 7926 doi: 10.1038/s41586-022-05002-7
電気抵抗は通常、格子欠陥に起因している。しかし、完全な格子であっても、有限数の伝播電子モードに起因するLandauerコンダクタンスによって与えられる基本的な抵抗限界がある。この抵抗は電子デバイスの接点に現れることがSharvinによって示されており、この抵抗によって非相互作用電子の究極の伝導限界が決まる。近年、流体力学的電子現象の証拠が増えており、これに促されて、最近の理論では、電子流体がこの基本的なLandauer–Sharvin限界を根底から破り得るかどうかが問われている。今回我々は、高移動度グラフェンCorbinoディスクデバイスにおける電子流の単一電子トランジスター画像化法を用いて、この疑問に答える。まず我々は、液体ヘリウム温度でバリスティック流を画像化することによって、Landauer–Sharvin抵抗が接点で出現するのではなく、バルク全体に分布することを観測した。これは、この抵抗が伝導モード数の空間的勾配から出現するという、位相空間起源を裏付けている。また、我々はより高温で、電子–フォノン散乱を特定して説明することにより、純粋に流体力学的な流れの詳細を示す。注目すべきことに、電子の流体力学的挙動がバルクLandauer–Sharvin抵抗を排除することが見いだされた。さらに我々は、らせん状の電磁流体力学的Corbino流を画像化することによって、流体力学理論によって予測された新しい重要な長さスケールであるGurzhi長を示す。今回の観測結果は、電子流体が、バリスティック電子の基本的限界を劇的に超える可能性があることを実証しており、基礎科学や将来の技術に重要な影響を及ぼす。
