證實:電子在石墨烯中像液體般流動有瘋狂的超導性

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 電子被逮捕到像流體般流過石墨烯,達到物理學家認為在根本上是不可能的極限。

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這類的導電性被稱為「超彈道(superballistic)」流動。這項新實驗認為它可能徹底改變我們傳導電流的方式。

那麼,這裡發生了什麼事?幾十年來,科學家推測在某些情況下,電子可能會停止個別的行為,並且碰撞得很頻繁,它們實際上開始流動得像一種黏稠流體,具備一切的獨特的特性。

但這是在去年研究人員才證實的現象,首次證明即使在室溫下,石墨烯內的電子可以表現成比蜂蜜粘稠1百倍的流體,研究人員稱為「來自於[電子]集體運動的量子力學怪現像」。

透過解開這種流體般的行為,研究人員能夠觀察到石墨烯中的電子,打破電子在正常金屬中的基本限制,這種現象稱為蘭道爾彈道極限(Landauer’s ballistic limit)。

這可能是實驗第一次證明一種全新類型的物理學究竟有多強大。而且重要的是,它還暗示我們可能即將可以以接近零阻力來傳送電流通過材料。

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現在,這是超導體可以實現的,但只有在低於絕對溫度5.8度(攝氏-267度或華氏-450度)的超低溫下,才會出現這種能力。

但在最新的研究中,這些研究人員能夠在絕對溫度150度(攝氏-123度或華氏-190度)的相對溫暖的溫度下,觀察到在石墨烯內所謂的超彈道流動

事實上,當溫度上升時,阻力實際上是在減少,與你的預期相反。

非常奇怪的是,這種類型的電子流動,電子散射越多,材料的導電性越差;這與我們所知一切關於導電性的預期相反。

這就是為什麼石墨烯是銅的導電性的好幾倍,它整齊的2維結構比普通金屬的缺陷少很多。因此,通過它的電子散射更少、而且移動更快,這種現象稱為彈道流動。

但是當電子開始一起運作,表現得像流體一樣,相反的現象會發生。這個相反的現象是這項最新研究向我們展示有能力解開超彈道流動。

如果您認為在石墨烯中的晶體是電子需要流過的通道,當電子從通道邊緣彈回時,電子減速最大,失去動量。

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然而,在這種流體行為中,一些電子保留在邊緣附近,有效地緩衝其他電子與這些區域的碰撞以及減速。

結果,當電子被引導通過在石墨烯內的通道時,一些電子藉由彈回其它電子,變得超彈道。這是相同的事情發生在河流中,在中間的水流是最快的。

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曼徹斯特大學(University of Manchester)物理學家Geim爵士和他的團隊把這種新的物理量稱為「粘性電導(viscous conductance)」。

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這項研究發表在自然物理學(Nature Physics)期刊。

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來源:Science Alert