Исследователи описали новые типы поведения и способы измерения революционного материала графена.
Графен был открыт 10 лет назад и после этого специалисты продвигали его как удивительный материал, способный заменить кремний в электронике, повысить эффективность аккумуляторов, прочность и проводимость сенсорных экранов, а также открыть путь к дешевой термальной энергии. Но, несмотря на это, ученым мало известно об основных физических свойствах вещества. Исследователи из BBN Technology пролили немного света на этот вопрос.
В новой статье, представленной в Science, ученые объявили о прорыве в изучении базовых свойств вещества. Впервые удалось обнаружить, что электроны в металле ведут себя как жидкость. Чтобы провести такие наблюдения, исследователям потребовалось усовершенствовать методики и создать сверхчистый графен, а также разработать новый способ измерения его тепловой проводимости. Эта работа может привести к появлению новых термоэлектрических устройств и моделей изучения экзотических явлений, вроде черных дыр или высокоэнергетической плазмы. Исследование было проведено под руководством Филиппа Кима – профессора гарвардской школы инженерии и прикладных наук Джона А Полсона (SEAS).
В обычных трехмерных металлах электроны практически не взаимодействую друг с другом. Но графен является двухмерной сотовой структурой, выступающей для них в качестве высокоскоростного «шоссе» на котором все частицы путешествуют по одной полосе. Элетроны в материале ведут себя как безинерционные релятивистские объекты, некоторые из которых имеют положительный заряд, а некоторые – отрицательный. Они двигаются с невероятной скоростью – 1/300 от скорости света, и предположительно сталкиваются друг с другом 10 триллионов раз в секунду при комнатной температуре. Такое активное взаимодействие заряженных частиц ранее ни разу не наблюдалось в обычных металлах.
Ученые создали сверхчистый образец за счет укладки листа графена, толщиной в 1 атом между десятками слоев идеально прозрачных электроизоляционных кристаллов со схожей структурой.
«Такие тонкие продукты серьезно зависят от окружающей среды», — сказал Джесси Кросно – аспирант в лаборатории Кима и первый автор работы. – «Если графен находится на грубой, неупорядоченной поверхности, она влияет на движение электронов. Важно было создать образец, не взаимодействовавший с окружающей средой».
Необходимая методика была создана Кимом и его коллегами из Колумбийского университета до того, как он перешел в Гарвард в 2014-м и усовершенствована в SEAS. После этого команда создала «тепловой суп» из положительно- и отрицательно-заряженных частиц на поверхности графена и наблюдали, как эти структуры двигались в термальных и электрических потоках.
Источник: rsute.ru