石墨烯電子表現出完美液體特性

2020-12-04 科學網

 

在特定材料中，電子碰撞的速率與其溫度密切相關。而只有一個原子厚度的石墨烯並不符合這個規律，在很寬的溫度範圍內，石墨烯中電子可呈現出一種強相互作用的漩渦狀。此項發現由義大利科學家發表在7月6日的《物理評論快報》（PRL）網絡版上。

 

該發現表明，石墨烯中電子的行為就像一種近乎完美的液體（具有高度湍流性、極低的黏性）。石墨烯在接近「量子臨界點」時就會出現這樣的特性，量子臨界點是物體打破普通物理學規則的一個過渡狀態。一塊冰只能在很窄的溫度範圍內溶化成水，而向完美液態的過渡可發生在超過這個量子臨界點很寬的溫度範圍內。

 

為了理解石墨烯強作用電子的動態特性，義大利阿布杜斯-薩拉姆國際理論物理中心的馬庫斯·穆勒及其同事利用量子動力學理論計算出了石墨烯黏度與其熵的比值，熵表示系統的無序程度。石墨烯的比值接近物理學家計算出的比值下限，也接近在夸克—膠子等離子體（只存在於宇宙大爆炸後的物質超熱狀態）中觀察到的下限比值。與氣體的表現不同，夸克—膠子等離子體的表現更像是一種黏度極低的液體，這是物理學家在美國布魯克海文國家實驗室相對論重離子碰撞實驗中得出的結論。

 

研究人員表示，石墨烯的這種不同尋常的低黏度及強烈的電子相互作用，為一些有趣的納米電子應用提供了可能。通常情況下，材料的電阻不會隨電壓的改變而改變，但在石墨烯中這種「獨立性」被打破了。

 

像電子這樣的帶電粒子的相互作用，也稱為庫侖作用。美國路易斯安那大學的物理學家丹尼爾·希伊表示，庫侖作用在石墨烯的研究中通常被忽略，但此次新研究揭示了石墨烯中庫侖作用的重要性。此項工作的耐人尋味之處還在於，其為人們提供了第三個近乎完美液體的例子，此前，人們已在夸克—膠子等離子體和鋰超冷原子中發現過這種現象。（來源：科技日報 馮衛東）

 

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