电子在石墨烯中像液体一样流动,开始了新的物理浪潮。
科学家通过观察石墨烯中电子的不寻常运动,发现了对导电材料物理学的新认识。
石墨烯的导电性能比铜多很多倍,这在一定程度上要归功于它的二维结构。在大多数金属中,电导率受到晶体缺陷的限制,因为晶体缺陷导致电子在穿过材料时经常像台球一样散射。
现在,在国家石墨烯研究所进行的实验中,观察到石墨烯中电子流动的特殊行为,这需要在未来纳米电子电路的设计中加以考虑。
在一些高质量的材料中,如石墨烯,电子可以在不散射的情况下移动微米距离,通过数量级提高电导率。这种所谓的弹道机制,对任何正常金属施加最大可能的电导率,这是由土地- - - buttiker形式主义所定义的。
曼彻斯特大学(University of Manchester)的研究人员与马尔科•波里尼(Marco Polini)教授和列昂尼德•莱维特(Leonid Levitov)教授合作,在《自然物理》(Nature Physics)杂志上发表了一篇论文,该研究表明,在石墨烯中,兰德尔的基本极限可以被打破。更让人着迷的是这个机制。
去年,固态物理学的一个新领域被称为“电子流体动力学”,产生了巨大的科学兴趣。三个不同的实验,包括一个由曼彻斯特大学所做的实验,证明了在某些温度下,电子相互碰撞的频率如此之高,以至于它们开始像粘性流体一样流动。新的研究表明,这种粘性流体比弹道电子更具有导电性。其结果与直觉相反,因为通常散射事件会降低材料的导电性,因为它们抑制晶体内的运动。然而,当电子相互碰撞时,它们就开始一起工作,并缓解电流。
这种情况发生的原因是,一些电子仍然靠近晶体边缘,在那里动量消散是最高的,并且移动的相当缓慢。与此同时,它们保护相邻的电子与这些区域发生碰撞。因此,一些电子在他们的朋友引导下通过通道时,变得超级冲击。
安德烈·海姆爵士说:“我们从学校知道,额外的障碍总会产生额外的电阻。在我们的例子中,电子散射引起的无序实际上减少而不是增加阻力。这是独一无二的,非常反直观的:当一个液体开始时,电子的传播速度要比在真空中快。
研究人员测量了石墨烯收缩的阻力,发现它随温度升高而降低,这与人们期望的掺杂石墨烯的通常金属行为形成了对比。
通过研究如何在收缩的过程中改变温度,科学家们揭示了一个新的物理量,他们称之为粘性电导。测量结果使他们能够精确地确定电子粘度,从而使提取的数值与理论有显著的定量一致。
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