Efecto Gurzhi

El efecto Gurzhi fue predicho teóricamente ^{[ 1 ] [ 2 ]} por Radii Gurzhi en 1963, y consiste en una disminución de la resistencia eléctrica.${\displaystyle R}$de un conductor de tamaño finito con el aumento de su temperatura${\displaystyle T}$(es decir la situación${\displaystyle dR/dT<0}$para algún intervalo de temperatura). El efecto Gurzhi se considera generalmente como evidencia del transporte hidrodinámico de electrones ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} en medios conductores. El mecanismo del efecto Gurzhi es el siguiente. El valor de la resistencia del conductor es inverso a la${\displaystyle l_{perdido}=\min\{l_{límite},l_{V}\}}$— un camino libre medio correspondiente a la pérdida de momento del sistema de electrones + fonones$${\displaystyle R\propto {\frac {1}{l_{perdido}}},}$$dónde ${\displaystyle l_{límite}}$es la distancia promedio que recorre un electrón entre dos interacciones consecutivas con un límite, y ${\displaystyle l_{V}}$es un camino libre medio que corresponde a otras posibilidades de pérdida de momento. Se supone que la reflexión del electrón en el límite es difusiva.

Cuando la temperatura es baja tenemos transporte balístico con${\displaystyle l_{ee}\gg d}$, ${\displaystyle l_{perdido}\approx l_{límite}\approx d}$, dónde${\displaystyle d}$es el ancho del conductor,${\displaystyle l_{ee}}$es un camino libre medio que corresponde a colisiones efectivas normales electrón-electrón (es decir, colisiones sin pérdida de momento total de electrones+fonones). Para bajas temperaturas, el fonón emitido por el electrón interactúa rápidamente con otro electrón sin pérdida de momento total de electrones+fonones y${\displaystyle l_{ee}\approx l_{ep}}$, dónde ${\displaystyle l_{ep}\propto T^{-5}}$es un camino libre medio correspondiente a las colisiones electrón-fonón. También asumimos${\displaystyle d\ll l_{V}}$Por lo tanto, la resistencia para las temperaturas más bajas es constante.${\displaystyle R\propto d^{-1}}$(ver la imagen). El efecto Gurzhi aparece cuando la temperatura aumenta hasta tener${\displaystyle l_{ee}\ll d}$En este régimen, la longitud de difusión del electrón entre dos interacciones consecutivas con el límite puede considerarse como un camino libre de pérdida de momento:${\displaystyle l_{perdido}\approx l_{límite}\approx d^{2}/l_{ee}}$y la resistencia es proporcional a${\displaystyle R\propto l_{ee}(T)/d^{2}\propto T^{-5}d^{-2}}$y, por lo tanto, tenemos una derivada negativa.${\displaystyle dR/dT<0}$Por lo tanto, el efecto Gurzhi se puede observar cuando${\displaystyle l_{ee}\ll d\ll d^{2}/l_{ee}\ll l_{V}}$.

El efecto Gurzhi corresponde a una situación inusual en la que la resistencia eléctrica depende de la frecuencia de colisiones normales. Como se puede observar, este efecto aparece debido a la presencia de límites con un tamaño característico finito. ${\displaystyle d}$Más tarde, el grupo de Gurzhi descubrió un papel especial de la hidrodinámica electrónica en el transporte de espín. ^{[ 9 ] [ 10 ]} En tal caso, la inhomogeneidad magnética juega el papel de un "límite" con la longitud de difusión de espín ^{[ 11 ]} como un tamaño característico en lugar de${\displaystyle d}$Como antes, esta inhomogeneidad magnética detiene los electrones de un componente de espín, que actúa como un dispersor efectivo para los electrones del otro componente de espín. En este caso, la magnetorresistencia de un conductor depende tanto de la frecuencia de las colisiones electrón-electrón normales como del efecto Gurzhi.