一项研究显示了电子如何在急转弯处流动，比如在集成电路中发现的那些，有可能改善这些电路的设计，这些电路通常用于电子和光电子设备。
从理论上讲，人们已经知道，当电子在弯曲处运动时，它们往往会升温，因为它们的流线会在局部被压扁。然而，到目前为止，还没有人测量过热量，而这首先需要对流线进行成像。
由加州大学河滨分校的纳撒尼尔·m·加伯领导的研究小组通过设计一种“电箔”来对电流流线进行成像。“电箔”是一种新型设备，可以像飞机机翼扭曲、压缩和扩大空气流动一样扭曲、压缩和扩大电流流线。
“电荷的运动类似于空气在飞机机翼表面的流动，”物理学和天文学教授Gabor说。“虽然通过在汽车广告中经常看到的风洞中使用烟雾或蒸汽流来描绘空气流动很容易，但描绘电流的流线要困难得多。”
Gabor说，该团队将激光成像与新型光敏设备结合起来，首次获得了通过工作设备的光电流流线的图像。光电流是由光的作用而产生的电流。
“如果你知道电子是如何流动的，你就能知道如何防止它们造成有害的影响，比如加热电路，”Gabor说。“有了我们的技术，你现在可以准确地评估电子在哪里以及如何流动，这给了我们一个强大的工具来可视化、表征和测量光电器件中的电荷流。”
该研究论文题为“通过微磁异质结构器件绘制本征光电流流线”，发表在《美国国家科学院院刊》上。
Gabor解释说，当电子获得动能时，它们会变热。最终，它们会加热周围的材料，比如有熔化危险的电线。
“如果你的电脑出现热峰值，你的电路就会开始死亡，”他说。“这就是为什么当我们的电脑过热时，它们会关闭。这是为了保护电路，因为所有的热量都在里面散发，可能会损坏塔尔。”
Gabor的团队在实验室里把电子箔设计成纳米级设备上的小翅膀形状，让电子在它们周围流动，就像空气分子在飞机机翼周围流动一样。
Gabor说:“我们想要一种能给我们不同转弯速度的形状，它具有连续的曲率。”
“我们的灵感来自于飞机的机翼，它有一个渐进的曲线。我们迫使电流在电子箔周围流动，这提供了不同的飞行角度。角度越尖锐，对流线的压缩越大。在越来越多的材料中，我们开始发现电子的行为像液体一样。因此，与其根据电阻等因素来设计设备，不如采用一种考虑管道的方法，设计电子流过的管道。”
在他们的实验中，Gabor和他的同事们使用了一种显微镜方法，利用均匀的旋转磁场，通过由钇铁石榴石(YIG)上的铂层制成的超薄装置，对光电流流线进行成像。YIG是一种绝缘体，但当一层薄薄的铂粘在上面时，它会产生磁场效应。
“磁场效应只出现在石榴石晶体和铂的界面上，”Gabor说。“如果你能控制磁场，就能控制电流。”
为了在期望的方向上产生光电流，研究人员将激光束对准YIG，激光作为局部热源。一种被称为“光能效应”的效应产生了光电流，其方向由外部磁场控制。
Gabor说:“直接成像跟踪量子光电器件中的光电流流线仍然是理解奇异器件行为的关键挑战。”“我们的实验表明，光电流流线显微镜是一种强大的新实验工具，可以可视化量子材料中的光电流。这个工具可以帮助我们了解电子的不良行为。”
Gabor解释说，众所周知，电子在特定条件下以“奇怪的方式”行为，特别是在非常小的设备中。
“我们的技术现在可以用来更好地研究它们，”他说。“如果我试图设计一个集成电路，想知道热量可能来自哪里，我就想知道电流的流线在哪里被挤压。我们的技术可以帮助设计电路，估计要避免什么，并建议你不应该在你的电线上有尖锐的弯曲。电线应逐渐弯曲。但目前这还不是最先进的技术。”
