Ny metode foreslået til at studere hydrodynamisk opførsel af elektroner i grafen

Ved at studere, hvordan elektroner i todimensionel grafen bogstaveligt talt kan fungere som en væske, forskere har banet vejen for yderligere forskning i et materiale, der har potentiale til at muliggøre fremtidige elektroniske computerenheder, der overgår siliciumtransistorer.

Forskning i en ny metode til mere præcist at demonstrere væskelignende elektronadfærd i grafen, udviklet af Rensselaer-forsker Ravishankar Sundararaman og et team fra Quazar Technologies i Indien ledet af Mani Chandra, blev for nylig udgivet i Fysisk gennemgang B .

Grafen er et enkelt atomlag af grafit, der har fået stor opmærksomhed på grund af dets unikke elektroniske egenskaber. For nylig, Sundararaman sagde, videnskabsmænd har foreslået, at under de rette betingelser, elektroner i grafen kan flyde som en væske på en måde ulig noget andet materiale.

For at illustrere dette, Sundararaman sammenligner elektroner med dråber vand. Når kun et par dråber ligger langs bunden af ​​en krukke, deres bevægelse er forudsigelig, da de følger beholderens bevægelse, når den vippes fra side til side. Det er sådan elektroner opfører sig i de fleste materialer, når de kommer i kontakt med atomer og hopper af dem. Dette fører til Ohms lov, observationen af, at den elektriske strøm, der strømmer gennem et materiale, er proportional med den spænding, der påføres over det. Fjern spændingen, og strømmen stopper.

Forestil dig nu et glas, der er halvt fyldt med vand. Bevægelse af væske, især når du ryster krukken, er meget mindre ensartet, fordi vandmolekylerne for det meste kommer i kontakt med hinanden i stedet for krukkens vægge, lader vandet skvulpe og hvirvle. Selv når du holder op med at flytte glasset, vandets bevægelse fortsætter. Sundararaman sammenligner dette med hvordan elektroner fortsætter med at flyde i grafen, selv efter at spændingen er stoppet.

Forskere havde vidst, at elektroner i grafen havde potentialet til at virke på denne måde, men at køre eksperimenter for at skabe de nødvendige betingelser for denne adfærd er svært. Tidligere, Sundararaman sagde, videnskabsmænd lagde spænding til et materiale og ledte efter negativ modstand, men det var ikke en særlig følsom metode.

Beregningerne Sundararaman og hans team præsenterede i dette seneste arbejde viser, at ved at oscillere spændingen – efterligning af rystebevægelsen i krukkeeksemplet – kan forskere mere nøjagtigt identificere og måle de dannede hvirvler og elektronernes hydrodynamiske opførsel.

"Du kan få virkelig mærkelige og nyttige elektroniske egenskaber ud af dette, " sagde Sundararaman, adjunkt i materialevidenskab og teknik. "Fordi det flyder som en væske, den har potentialet til at holde sit momentum og fortsætte. Du kunne have ledning med meget mindre energitab, hvilket er ekstremt nyttigt til at lave enheder med lavt strømforbrug virkelig hurtigt."

Sundararaman gjorde det klart, at der skal laves meget mere forskning, før en sådan enhed kan skabes og anvendes til elektronik. Men den metode, som dette papir beskriver, inklusive de målinger, forskerne siger, bør tages, vil give mulighed for mere nøjagtig observation af denne hydrodynamiske strøm af elektroner i grafen og andre lovende materialer.