目录
1.冲浪的电子打破欧姆定律？
2.科技力量助力全球战疫
3.这种紫外线可对人体直接消毒
4.首次实验观测到贝特弦
5.第一张彩色照片如何获得了颜色？
6.行人动力学模型为疫情应急处置出谋划策
7.硅-锗合金，未来的光子芯片？
8.细胞是否分裂，“上一辈”说了算
撰文
小叶、继省、顾舒晨、于槐、太阁尔、Leo
1冲浪的电子打破欧姆定律？
向左走，向右走？要判断一个人走到十字路口时如何转向可能很难。但如果是溪流分成两岔，人们各自坐在船上顺流而下，那么绝大多数人最终可能都会进入水流更强的那一支。
冲绳科学技术大学院大学（OIST）量子动力学单位的研究者就在观察类似的现象[1,2]，只不过尺度要小得多——他们观察的是电子的行为如何被流体影响。
流体中的电子会有哪些独特的行为？
图片来源：OIST
我们许多人初中时就学过欧姆定律：电流与电压成正比，与电阻成反比。所以如果让导线分叉，使得电阻在两个电路之间平均分配，那么携带电流的电子各会有一半进入其中一条电路。不过OIST的DenisKonstantinov教授表示：“如果电子处在液体而非固体环境中，欧姆定律就可能被打破。”
这一概念来源于“极化子（polaron）”。极化子是描述固体材料中电子与原子之间相互作用的一种准粒子，由朗道于年提出。在离子晶体或极性半导体中，导电电子会排斥负离子而吸引正离子，使这些离子偏离原来的平衡位置，而这反过来又会对电子本身产生屏蔽作用，降低电子的迁移率，增加电子的有效质量。不过在此之前，人们大多只是讨论离子晶体中的极化子，对液体环境中极化子的行为讨论的少之又少。
电子排斥负离子而吸引正离子，而这反过来会对电子产生屏蔽作用。
图片来源：wikipedia
在这项研究中，研究者利用了超流液氦这种具有独特性质的液体。在直到绝对零度的极端低温条件下，它依然可以保持液体状态，并且黏度为零。电子可以漂浮其上而不沉底，这就为研究者提供了一个二维电子系统。
他们构造了一个微米尺寸的微小结构，将三个蓄液池由T型结构连接，并浸没在超流液氦中，对其施加电场。
连接三个蓄液池的T型结构。｜图片来源：OIST
电子在液体中移动时，会形成表面张力波，或者说涟漪。在高电子密度下，电子会被束缚在波浪底部。这与传统极化子有所不同，被称为“涟漪极化子（ripplopolaron）”。
电子在液体中移动时，会被束缚在波浪底部，形成涟漪极化子。
图片来源：OIST
如果遵循欧姆定律，那么这些涟漪极化子应该在T型结构处分岔。而实际情况则是，在移动到T型结构时，由于液体流动，它们遵循动量守恒定律继续直行，并没有分岔。
如果是电子，它们会在T型结构处分岔，可是涟漪极化子继续沿着直线向前流动，并没有遵循欧姆定律。
图片来源：OIST
如果施加反向的电场，那么这些涟漪极化子仍然会沿着一个方向向前流动。可是如果从侧面施加电场，那么它们就会迎头撞击到凹槽壁上，波浪由此消失，留下自由的电子，这些自由的电子将仍然遵循欧姆定律。
这个实验展现了电子的一种新奇行为，不过这只有在非常特殊的条件下才会出现：电子的密度必须足够高，才会形成涟漪极化子；温度必须非常低，以防止超流液氦飞溅。
流体中的电子对于构建量子比特可能非常有用。如果可以利用流体中的电子来构建量子比特，那么在未来，我们或许可以构建一个灵活、可移动的计算机架构。
[1]
