Международная группа ученых, среди четырех участников которой — сотрудник Института проблем передачи информации им. А. А. Харкевича Российской академии наук (ИППИ РАН) и Института Вейцмана (Израиль) Григорий Фалькович, показала, что сильное взаимодействие электронов в наноструктурах может приводить к резкому уменьшению электрического сопротивления. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS, США).

Эффективный перенос электрического заряда обычно ассоциируют с потоком свободных электронов, движение которых называют «баллистическим» по аналогии с полетом снарядов. Однако Григорию Фальковичу и его соавторам — ученым Массачусетского технологического института Гуо Хаою (Haoyu Guo), Экину Ильсевену (Ekin Ilseven) и Леониду Левитову — удалось показать, что когда электроны не летят свободно, а взаимодействуют друг с другом и образуют квантовую жидкость, сопротивление току такой жидкости может быть гораздо ниже баллистического предела. Этот эффект достигается за счет того, что в потоке квантовой жидкости электроны не «налетают» на препятствия, а как бы «обтекают» их.

«Супербаллистический» перенос электронов со сверхмалыми потерями энергии выглядит особенно впечатляюще, когда электрический ток течет через так называемый «точечный контакт». В этой наноструктуре при абсолютном нуле температуры реализуется баллистический режим движения электронов, а при более высоких температурах — режим вязкой электронной жидкости. Именно такой точечный контакт детально изучен в статье, опубликованной в понедельник, 6 марта этого года, в PNAS.

«Эффект может иметь значительные практические приложения в создании новой «вязкой электроники» на основе графена и других наноматериалов» — говорит Григорий Фалькович.

До сих пор самым известным механизмом переноса электронов со сверхмалыми потерями энергии была сверхпроводимость, открытая датским физиком Камерлинг-Оннесом в начале прошлого века. В отличие от сверхпроводящего тока, вязкая электронная жидкость может течь при довольно высоких температурах, что открывает совершенно новые перспективы для наноэлектроники.

Годом ранее, в феврале 2016 г., Григорий Фалькович и Леонид Левитов показали, что квантовая электронная жидкость может течь в направлении, противоположном закону Ома, создавая отрицательное сопротивление. Это предсказание, опубликованное в Nature Physics, практически одновременно было подтверждено в эксперименте, осуществленном при участии нобелевских лауреатов Константина Новоселова и Андрея Гейма, статья которых появилась в марте того же года в журнале Science.