Электрическая проводимость за счёт формирования вязкого гидродинамического течения электронов (например, течения Пуазейля) была недавно реализована в ультрачистых квантовых ямах GaAs, графене и других современных материалах.

Мы разработали теорию эффекта вязкости для реалистичного ферми-газа из двумерных (2D) электронов, взаимодействующих по закону Кулона. Показано, что в отличие от случая ферми-жидкости, в 2D электронном ферми-газе функция распределения электронов, описывающая вязкое течение, имеет простую структуру, соответствующую приближению времени релаксации для интеграла электрон-электронных столкновений. На основе этого результата рассчитано время релаксации сдвиговых напряжений τ_ee,2, определяющее коэффициенты вязкости. Показано, что релаксация напряжений в 2D ферми-газе определяется преимущественно столкновением электронов с противоположно направленными импульсами и рассеивающихся на малые углы, что определяет специфическую зависмость τ_ee,2 от температуры и концентрации электронов. Выполнен анализ температурных зависимостей вязкости, полученных из экспериментальных данных по гигантскому отрицательному магнитосопротивлению в высокоподвижных квантовых ямах GaAs. Такое магнитосопротивление, как было показано ранее, является важным признаком формирования вязкого течения электронов и пропорционально их коэффициенту вязкости, зависящему от магнитного поля. Для разных относительных величин межчастичного взаимодействия, которые контролируются концентрацией электронов, экспериментальные температурные зависимости времени τ_ee,2(Т) согласуются с рассчитанной зависмостью τ_ee,2(Т) для кулоновского ферми-газа или с ранее известной зависимостью τ_ee,2(Т) для ферми-жидкости из сильно взаимодействующих 2D электронов. Таким образом, измерения температурной зависимости вязкости 2D электронов могут позволить экспериментально проследить за переходом между случаями ферми-жидкости и ферми-газа при изменении концентрации электронов.

Публикации

1. P.S. Alekseev and А.P. Dmitriev, Viscosity of two-dimensional electrons, Phys. Rev. B (2020)