Электронный газ оказался капризным, как кетчуп ✛ ✎ ✦

Оригинал: "Non-Newtonian two-dimensional electron fluid in magnetic field"
· P. S. Alekseev, M. A. Semina
arXiv:2606.27788 · 2026-06-26 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Электронный ток в сверхчистом кристалле густеет или разжижается подобно кетчупу — всё зависит от скорости течения.

Электроны в сверхчистых кристаллах перестают быть роем частиц — они текут как жидкость. Такую картину ещё в середине XX века предложил Ландау. Однако недавно физики заметили: в сильном магнитном поле сопротивление этого электронного газа меняется рывками, будто жидкость то застывает, то разжижается. Причина в том, что ток нагревает поток неравномерно — в середине канала, где скорость выше, вязкость меняется сильнее. Согласно численным моделям, в слабом поле электронный кетчуп становится жиже при ускорении. А в сильном — сначала твердеет, как мокрый песок, а затем разжижается ещё сильнее прежнего. Тот же механизм управляет веществом в белых карликах, где рост энтропии ведёт к аналогичным скачкам вязкости. Именно эти скачки когда-то объяснил Больцман через стремление к беспорядку. Открытие переворачивает взгляд на квантовые жидкости — оказывается, законы Ньютона здесь бессильны. А в будущем такие нелинейные эффекты помогут создавать сверхчувствительные магнитные датчики и, возможно, управлять магнитными процессами в электронных потоках.

Неньютоновские жидкости хорошо знакомы каждому: кетчуп, который не выливается из бутылки, пока её не встряхнёшь, и мокрый песок, твердеющий при ударе. Теперь в этот список официально попал и двумерный электронный газ в магнитном поле — физики подтвердили, что он тоже «капризничает».

\eta_{xx}^{\mathrm{nl}} = \frac{\eta_0}{h + \beta^2/h}, \quad h = 1 + \tau_{2,ee}^{(0)} \tau_{\Delta} G^2
Нелинейная вязкость зависит от градиента скорости G и магнитного поля через параметр β. При β<1 она убывает с ростом G (псевдопластичность), при β>1 — ведёт себя немонотонно: сначала растёт, затем падает (дилатантность с особенностью).
\alpha (T_e - T_{\mathrm{ph}}) = m \eta_{xx} \left( \frac{dV}{dy} \right)^2
Баланс тепла в электронной жидкости: левая часть — отток энергии к фононам, правая — джоулев нагрев за счёт вязкого трения. Это уравнение замыкает самосогласованную задачу и определяет локальную температуру.
Учёные
Ludwig BoltzmannRudolf ClausiusSatyendra Nath BoseJohn BardeenFelix BlochGeorg Ohm
Понятия
неньютоновская жидкость гидродинамика уравнение Пуазёйля перенос в электролитах закон электромагнитной индукции Фарадея электронная жидкость твёрдый электролит течение жидкости электрон проводимости число Рейнольдса спиновый ток магнитное динамо тепловой поток магнитная энергия сверхтекучесть аномальный эффект Холла закон Бернулли магнитное поле теорема Пойнтинга сглаженная гидродинамика частиц