Forskere opdager elektroner, der bevæger sig som honning i grafen

Elektroner, der virker som langsomt hældende honning, er blevet observeret for første gang i grafen, foranlediger en ny tilgang til grundlæggende fysik.

Elektroner er kendt for at bevæge sig gennem metaller som kugler, der kun reflekteres af ufuldkommenheder, men i grafen bevæger de sig som i en meget tyktflydende væske, Det har forskere fra University of Manchester fundet.

Muligheden for en meget viskøs strøm af elektroner i metaller blev forudsagt for flere årtier siden, men på trods af talrige anstrengelser, der aldrig blev observeret, indtil nu som rapporteret i journalen Videnskab .

Observation og undersøgelse af denne effekt giver bedre forståelse af den kontraintuitive adfærd af interagerende partikler, hvor den menneskelige viden og udviklede matematiske teknikker mangler.

Et-atom tykt materiale grafen, første gang udforsket for et årti siden af ​​et team på University of Manchester, er kendt for sine mange superlative egenskaber og, især, usædvanlig høj elektrisk ledningsevne.

Det er en udbredt opfattelse, at elektroner i grafen kan bevæge sig 'ballistisk', som kugler eller billardkugler, der kun spredes ved grafengrænser eller andre ufuldkommenheder.

Virkeligheden er ikke helt så enkel, som fundet af en Manchester-gruppe ledet af Sir Andre Geim i samarbejde med italienske forskere ledet af prof Marco Polini.

De observerede, at den elektriske strøm i grafen ikke flød langs det påførte elektriske felt, som i andre materialer, men rejste baglæns og dannede boblebade, hvor der opstod cirkulære strømme. En sådan adfærd er velkendt for konventionelle væsker såsom vand, der laver boblebade, når de flyder rundt om forhindringer, for eksempel, i floder.

Forskerne målte viskositeten af ​​denne mærkelige nye væske i grafen, som ikke består af vandmolekyler men elektroner. Til forskernes overraskelse, elektronvæsken kan være 100 gange mere tyktflydende end honning, selv ved stuetemperatur.

Det videnskabelige gennembrud er vigtigt for at forstå, hvordan materialer fungerer ved stigende mindre størrelser, der kræves af halvledende industri, fordi sådanne boblebade er mere tilbøjelige til at dukke op i mikro- og nanoskala.

Observationen sætter også spørgsmålstegn ved vores nuværende forståelse af fysikken i stærkt ledende metaller, især grafen selv.

Den samtidige eksistens af sådanne tilsyneladende uforenelige egenskaber, med elektroner, der opfører sig som kugler og en væske i det samme materiale, giver anledning til en grundlæggende gentænkning af vores forståelse af materialers egenskaber.

Professor Polini kommenterede:"Ved at give årtier lange bestræbelser på at finde selv mindre tegn på en viskøs strømning i metaller, vi var forbløffede over, at grafen ikke blot udviste et lille skud på en eksperimentel kurve, men den klare kvalitative effekt, en stor tilbagestrømning af elektrisk strøm."

Sir Andre Geim, som modtog en Nobelpris for grafen, tilføjede:"Graphene kan ikke stoppe med at forbløffe os. Nu skal vi tænke længe og grundigt over, hvordan vi forbinder sådan modstridende adfærd som ballistisk bevægelse af elektroner, som uden tvivl ses i grafen, med denne nye kvanteunderlighed, der opstår fra deres kollektive bevægelse. En stærk justering af vores forståelse af fysikken er på grund."