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证实:电子在石墨烯中像液体般流动有疯狂的超导性

时间:2023-05-17 02:53:01

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证实:电子在石墨烯中像液体般流动有疯狂的超导性

电子被逮捕到像流体般流过石墨烯,达到物理学家认为在根本上是不可能的极限。

这类的导电性被称为“超弹道(superballistic)”流动。这项新实验认为它可能彻底改变我们传导电流的方式。

那么,这里发生了什么事?几十年来,科学家推测在某些情况下,电子可能会停止个别的行为,并且碰撞得很频繁,它们实际上开始流动得像一种黏稠流体,具备一切的独特的特性。

但这是在去年研究人员才证实的现象,首次证明即使在室温下,石墨烯内的电子可以表现成比蜂蜜粘稠1百倍的流体,研究人员称为“来自于[电子]集体运动的量子力学怪现像”。

透过解开这种流体般的行为,研究人员能够观察到石墨烯中的电子,打破电子在正常金属中的基本限制,这种现象称为兰道尔弹道极限(Landauer’s ballistic limit)。

这可能是实验第一次证明一种全新类型的物理学究竟有多强大。而且重要的是,它还暗示我们可能即将可以以接近零阻力来传送电流通过材料。

现在,这是超导体可以实现的,但只有在低于绝对温度5.8度(摄氏-267度或华氏-450度)的超低温下,才会出现这种能力。

但在最新的研究中,这些研究人员能够在绝对温度150度(摄氏-123度或华氏-190度)的相对温暖的温度下,观察到在石墨烯内所谓的超弹道流动。

事实上,当温度上升时,阻力实际上是在减少,与你的预期相反。

非常奇怪的是,这种类型的电子流动,电子散射越多,材料的导电性越差;这与我们所知一切关于导电性的预期相反。

这就是为什么石墨烯是铜的导电性的好几倍,它整齐的2维结构比普通金属的缺陷少很多。因此,通过它的电子散射更少、而且移动更快,这种现象称为弹道流动。

但是当电子开始一起运作,表现得像流体一样,相反的现象会发生。这个相反的现象是这项最新研究向我们展示有能力解开超弹道流动。

如果您认为在石墨烯中的晶体是电子需要流过的通道,当电子从通道边缘弹回时,电子减速最大,失去动量。

然而,在这种流体行为中,一些电子保留在边缘附近,有效地缓冲其他电子与这些区域的碰撞以及减速。

结果,当电子被引导通过在石墨烯内的通道时,一些电子藉由弹回其它电子,变得超弹道。这是相同的事情发生在河流中,在中间的水流是最快的。

曼彻斯特大学(University of Manchester)物理学家Geim爵士和他的团队把这种新的物理量称为“粘性电导(viscous conductance)”。

这项研究发表在自然物理学(Nature Physics)期刊。

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网友评论
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显示评论内容(2)
  1. 沙漠中的清泉2023-11-09 04:29沙漠中的清泉[湖南省网友]203.26.80.58
    @话到嘴边 真是太神奇了,石墨烯的潜力越来越被发现,期待未来会有更多惊人的发现。
    顶46踩0
  2. 话到嘴边2023-08-13 03:41话到嘴边[北京市网友]103.239.42.8
    这太疯狂了,科学界的发现总是让人惊叹不已。
    顶0踩0
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