電子在石墨烯中流動，開創(chuàng)物理學(xué)新篇章
2017-08-31 15:07:38
作者：本網(wǎng)整理 來源：材料人
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對于大多數(shù)金屬，電導(dǎo)率受到晶體缺陷的限制，當(dāng)電子通過材料時，會像臺球一樣頻繁散射，而在石墨烯中卻能像液體一樣流動，對于這種特殊行為的解釋，將影響到未來納米電子電路的設(shè)計。下面讓我們一起來探究一下這種行為產(chǎn)生的原因吧！
在一些高品質(zhì)的材料（如石墨烯）中，電子可以傳播微米距離而不散射，從而提高電導(dǎo)率的數(shù)量級。這種所謂的彈道區(qū)，賦予了任何一種普通金屬以最大可能的電導(dǎo)率，被稱為Landauer-Buttiker輸運理論。
曼徹斯特大學(xué)的研究人員，與Marco Polini教授和Leonid Levitov教授共同帶領(lǐng)的理論物理學(xué)家們合作發(fā)現(xiàn)，Landauer的基本限制可能在石墨烯中被破壞。更令人著迷的是，原因正在于這個機制本身。
去年，一個被稱為“電子流體動力學(xué)”的固態(tài)物理學(xué)新領(lǐng)域激發(fā)了人們巨大的科學(xué)興趣。三個不同的實驗（包括曼徹斯特大學(xué)進行的一個實驗）表明，在特定溫度下，電子頻繁進行碰撞，最后像粘性流體一樣連續(xù)流動。
這項新的研究表明，這種粘性流體比彈道電子更具導(dǎo)電性。結(jié)果是相當(dāng)直觀的，因為通常散射會抑制電子在晶體內(nèi)的移動，從而降低材料的導(dǎo)電性。然而，當(dāng)電子彼此碰撞時，它們會開始一起工作并且減輕電流流動。
這是因為一些電子停留在晶體邊緣附近，動量耗散最多，移動相當(dāng)緩慢。同時，它們保護鄰近的電子免受與這些區(qū)域的碰撞。因此，一些電子在他們的同伴的引導(dǎo)下通過隧道，超級順暢。
安德烈·蓋姆爵士說：“我們在學(xué)校學(xué)過，額外的障礙總是會產(chǎn)生額外的電阻。在我們的實驗中，由電子散射引起的紊亂實際上減少了而不是增加了電阻。這是獨一無二且非常違反常識的：當(dāng)電子形成液體時，比在沒有阻力的地方（例如真空）傳播得更快。”
研究人員測量了石墨烯收縮的阻力，發(fā)現(xiàn)其隨著溫度的升高而降低，與預(yù)期摻雜石墨烯的一般金屬行為相反。
通過研究在收縮過程中阻力如何隨溫度變化，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種新的物理量，粘性電導(dǎo)。測量它們使得科學(xué)家們能夠以非常高的精度確定電子粘度，提取值與理論值具有顯著的定量一致性。
這項研究已經(jīng)發(fā)表在期刊Nature Physics上。
原文鏈接：Electrons Flowing Like Liquid in Graphene Start a New Wave of Physics文獻鏈接：Superballistic flow of viscous electron fluid through graphene constrictions
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