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电子在石墨烯中像液体一样流动

更新时间:2018-05-15

通过观察石墨烯中电子的不寻常运动,科学家发现了对导电材料物理学的新理解。 / em

部分原因在于石墨烯的导电性比铜的导电性强多了二维结构。在大多数金属中,电导率受到晶体缺陷的限制,晶体缺陷会导致电子在通过材料时经常像台球一样散射。

现在,国家石墨烯研究所的实验观察已经提供了关于石墨烯中电子流特有行为的重要理解,这在设计未来的纳米电子电路时需要考虑。

在一些高质量的材料中,比如石墨烯,电子可以在没有散射的情况下传播微米距离,从而将电导率提高几个数量级。这种所谓的弹道体制对任何普通金属都有最大可能的导电性,这是由Landauer-Buttiker形式主义所定义的。

曼彻斯特大学的研究人员今天在自然物理学出现,与由Marco Polini教授和Leonid Levitov教授领导的理论物理学家合作,表明Landauer的基本极限可以在石墨烯中被突破。更令人着迷的是对此负责的机制。

去年,被称为“电子流体动力学”的固体物理学领域引起了巨大的科学兴趣。三个不同的实验,包括由曼彻斯特大学进行的一个实验表明,在特定温度下,电子频繁碰撞,它们开始像粘性流体一样集体流动。

新的研究表明,这种粘性流体比弹道电子更具导电性。结果是相反的直觉,因为通常散射事件会降低材料的导电性,因为它们会抑制晶体内的移动。但是,当电子彼此碰撞时,它们开始一起工作并且缓解电流流动。

发生这种情况是因为一些电子仍然靠近晶体边缘,在那里动量耗散最高,并且移动速度相当缓慢。同时,它们保护邻近电子不与这些区域发生碰撞。因此,有些电子在他们的朋友通过频道引导时会变得超级弹道。

Andre Geim爵士说:“我们从学校那里得知,额外的疾病总是会产生额外的电阻。在我们的情况下,由电子散射引起的无序实际上减少而不是增加电阻。这是独一无二的,非常违反直觉:制造液体时的电子开始传播的速度要快于自由,如真空。“

研究人员测量了石墨烯收缩的电阻,发现随着温度的升高,石墨烯收缩减小,与通常掺杂石墨烯的金属行为相反。

通过研究收缩的阻力如何随温度变化,科学家们揭示了一种新的物理量,他们称之为粘性电导。测量结果使他们能够确定电子粘度的精确度,以至于提取的数值显示出与理论的显着定量一致。

出版物:R. Krishna Kumar等人,“通过石墨烯收缩的粘性电子流体的超弹流动”,Nature Physics(2017)doi:10.1038 / nphys4240

来源:曼彻斯特大学

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