Genom att studera elektronernas rörelser i realtid har en grupp forskare vid Max-Born-Institut Berlin (MBI) i Tyskland lyckats observera hur elektrisk resistens uppstår.
Elektrisk resistens beror på att de elektroner som utgör en elektrisk ström på vägen från den negativa till den positiva polen kolliderar med atomerna i det material de passerar genom. Detta bromsar elektronerna och gör att de i normala fall inte rör sig fortare än runt en meter per timme.
Kollisionerna varar inte mer än cirka 100 femtosekunder, men de tyska forskarna lyckades genom att mäta med femtosekundsupplösning följa hur fria elektroner accelererade av ett elektriskt fält rörde sig genom halvledaren galliumarsenid. Experimentet visade bland annat att elektronerna till att börja med rörde sig fritt i det elektriska fältets riktning i cirka 300 femtosekunder innan de bromsades in av kollisioner.
Experimentet avslöjade också vilken sorts kollisioner som är den främsta orsaken till att elektronerna tappar hastighet. Något överraskande visade det sig att det inte var kollisioner med vibrerande atomer utan med positivt laddade partiklar kallade hål som huvudsakligen bromsade elektronerna.
Ett hål är i själva verket en saknad elektron i valensbandet i en av halvledarens atomer, men det kan ses som en positivt laddad partikel med en massa sex gånger större än elektronens. Ett elektriskt fält ger upphov till både fria elektroner och hål, som rör sig åt motsatt håll. Eftersom de har större massa rör sig hålen långsammare, men de hindrar alltså även elektronernas framfart.
Denna mer direkta förståelse för hur elektrisk resistans fungerar kommer att vara användbar vid utvecklingen av framtida elektronik och kan kanske till och med leda till nya sätt att minska elektrisk resistans.
