Elektrony tekoucí jako kapalina v grafenu začínají novou vlnu fyziky

Calling All Cars: Cop Killer / Murder Throat Cut / Drive 'Em Off the Dock (Smět 2019).

Anonim

Nové vědění o fyzice vodivých materiálů bylo odhaleno vědci, kteří pozorovali neobvyklý pohyb elektronů v grafenu.

Grafen je mnohonásobně vodivější než měď díky částečné dvojrozměrné struktuře. Ve většině kovů je vodivost omezena nedokonalostmi krystalů, které způsobují, že se elektrony často rozptýlí, jako jsou kulečníkové koule při pohybu materiálu.

Nyní pozorování v experimentech Národního ústavu Graphene poskytly základní pochopení zvláštního chování proudů elektronů v grafenu, které je třeba vzít v úvahu při konstrukci budoucích nanoelektronických obvodů.

U některých vysoce kvalitních materiálů, jako je grafen, mohou elektrony pojíždět mikronové vzdálenosti bez rozptylu, čímž se zvyšuje vodivost řádově. Tento takzvaný balistický režim ukládá maximální možnou vodivost pro každý normální kov, který je definován Landauer-Buttikerovým formalismem.

V dnešní podobě se objevují v Přírodovědecké fakultě, výzkumníci na Univerzitě v Manchesteru ve spolupráci s teoretickými fyzikami vedenými profesorem Marcem Poliniem a profesorem Leonidem Levitovem ukazují, že Landauerův základní limit může být překročen v grafenu. Ještě fascinující je mechanismus, který je za to zodpovědný.

V loňském roce vzniklo nové pole v oblasti fyziky pevných látek nazvané "elektronová hydrodynamika", které vyvolalo obrovský vědecký zájem. Tři různé experimenty, včetně jednoho provedeného Univerzitou v Manchesteru, ukázaly, že při určitých teplotách se elektrony vzájemně srážejí, takže často začínají společně proudit jako viskózní tekutina.

Nový výzkum ukazuje, že tato viskózní tekutina je ještě vodivější než balistické elektrony. Výsledkem je spíše protiintutivní, protože typicky rozptylující události působí ke snížení vodivosti materiálu, protože brání pohybu uvnitř krystalu. Nicméně, když se elektrony vzájemně srážejí, začnou pracovat společně a ulehčují tok proudů.

K tomu dochází, protože některé elektrony zůstávají blízko okrajů krystalu, kde je nejvyšší ztráta hybnosti a pohybuje se poměrně pomalu. Současně chrání sousední elektrony před kolizí s těmito oblastmi. V důsledku toho se některé elektrony stanou superbalistickými, protože jsou vedeni přes kanál jejich přáteli.

Sir Andre Geim řekl: "Z naší školy víme, že další porucha vždy vytváří další elektrický odpor. V našem případě narušení indukované rozptylem elektronů skutečně snižuje a nikoliv zvyšuje odpor. rychleji, než kdyby byli svobodní, jako ve vakuu ".

Vědci změřili odolnost grafénových zúžení a zjistili, že se snižuje při zvyšování teploty, na rozdíl od obvyklého metalického chování očekávaného pro dopovaný grafen.

Studiem toho, jak se změna odporu v důsledku zkrácení mění s teplotou, vědci odhalili novou fyzikální veličinu, kterou nazývali viskózní vodivost. Měření jim umožnilo stanovit viskozitu elektronů tak vysokou přesností, že získané hodnoty ukázaly pozoruhodnou kvantitativní shodu s teorií.

menu
menu