电子流体中涡旋的直接观测
介观与纳米尺度物理
2022-07-25 v1 材料科学
强关联电子
摘要
涡旋是流体动力学流动的标志。近期研究表明，超纯导体中强相互作用电子可显示流体动力学行为的特征，包括负非局域电阻、窄通道中的泊肃叶流以及维德曼-弗朗兹定律的违背。在此我们提供电子流体中漩涡的首次可视化。通过利用尖端上的纳米级扫描超导量子干涉器件（SQUID-on-tip），我们在高纯度 II 型 Weyl 半金属 WTe2 中成像了圆形腔室经小孔连接到相邻窄载流条时的电流分布。在此几何中，Gurzhi 动量扩散长度与孔径大小决定了涡旋稳定性相图。我们发现涡旋仅存在于小孔径情形，而较大孔径时流动为层流（无涡旋），这与流体动力学情形的理论分析一致，且与低温下 WTe2 中弹道输运的预期相反。此外，在近涡旋-层流转变处，我们观察到腔室中单个涡旋分裂为两个涡旋，此行为仅能在流体动力学 regime 中出现，而无法由弹道输运维持。这些发现暗示了一种新颖的流体动力学流动机制：不同于通常考虑的体电子-电子散射（其在低温下变得极弱），电荷载流子动量的空间扩散由薄纯晶体平面表面的小角散射所实现。这种表面诱导的准流体动力学为在高迁移率电子系统中探索和利用电子流体学开辟了新途径。
引用
@article{arxiv.2202.02798,
title = {Direct observation of vortices in an electron fluid},
author = {Amit Aharon-Steinberg and Tobias Völkl and Arkady Kaplan and Arnab K. Pariari and Indranil Roy and Tobias Holder and Yotam Wolf and Alexander Y. Meltzer and Yuri Myasoedov and Martin E. Huber and Binghai Yan and Gregory Falkovich and Leonid S. Levitov and Markus Hücker and Eli Zeldov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.02798},
year = {2022}
}
备注
Main text: 15 pages, 5 figures. Method: 18 pages, 9 Extended Data figures. Supplementary videos: 2