Un salto hidráulico ocurre cuando agua de movimiento rápido y lento se encuentran en un límite.
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Por primera vez, los investigadores han obligado a los electrones a fluir tan rápido que se vuelven supersónicos, creando una onda de choque.
Las corrientes de electricidad que fluyen a través de nuestros dispositivos comparten nombre con las corrientes de los ríos, pero en realidad son bastante diferentes. Cuando los electrones fluyen a través de materiales, chocan con los átomos, mientras que las gotas de agua en los ríos generalmente chocan entre sí. Aun así, en 2016 los investigadores lograron hacer que los electrones fluyeran como un líquido viscoso dentro del extremadamente delgado material de carbono grafeno. Ahora, Cory Dean de la Universidad de Columbia en Nueva York y sus colegas consiguieron electrones dentro del grafeno para hacer algo muy diferente: las partículas fluyeron tan rápido que ejecutaron un salto hidráulico.
Es posible que encuentres un salto hidráulico cuando estés lavando los platos. Cuando abres un grifo, el desordenado límite en forma de anillo que separa el agua de movimiento rápido y lento que se forma en el fregadero debajo es solo eso. “En cierto modo, es como un estallido sónico en el fregadero de la cocina”, dice Doug Natelson de la Universidad Rice en Texas, que no participó en el experimento.
Diseñar la versión electrónica fue menos simple. Los investigadores crearon una boquilla microscópica a partir de dos capas de grafeno para formar una versión de la “boquilla de Laval”, que fue concebida en el siglo XIX y se utiliza comúnmente en diseños de motores de cohetes. Es un tubo que está comprimido en el medio de tal manera que si un líquido alcanza una velocidad supersónica dentro de la constricción, continúa acelerando en lugar de desacelerarse a medida que sale. Esto culmina cuando el líquido forma una onda de choque.
Pero los investigadores tenían que encontrar una manera de detectar ese salto hidráulico, que nunca antes se había observado con electrones. Abhay Pasupathy, miembro del equipo, también de la Universidad de Columbia, dice que en lugar de medir el flujo de corriente de electrones entre dos extremos del dispositivo, como es común, adaptaron un tipo de microscopio para mapear el voltaje de los electrones en muchos puntos diferentes a lo largo de la boquilla.
Natelson dice que hay arte y delicadeza en hacer que las estructuras de grafeno sean lo suficientemente prístinas como para que los electrones estén realmente “mejilla con papada”, es decir, apretarlas lo suficientemente cerca como para entrar en este régimen más dramático. Dado que la boquilla de grafeno era microscópicamente pequeña, también es técnicamente impresionante que el equipo haya podido resolver el salto, dice Thomas Schmidt de la Universidad de Luxemburgo.
Ahora que saben cómo hacer que los electrones fluyan tan rápidamente, los investigadores tienen la oportunidad de responder algunas preguntas de larga data sobre las ondas de choque cargadas eléctricamente. Dean dice que es un tema de debate continuo si el salto hidráulico va acompañado de una emisión de radiación que podría usarse para construir nuevos generadores de ondas infrarrojas y de radio. “Todos los experimentadores con los que discutimos esto están pensando en formas en que se puede detectar esta emisión. Todos los teóricos dicen que no hay manera de que emita nada. Hay una pregunta sobre lo que realmente está sucediendo”, dice.
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electricidad/dinámica de fluidos