Az elektronok folyadékhoz hasonlóan folynak át a grafénen

Új dolog derült ki az áramvezetés fizikájáról, miközben a tudósok szokatlan elektron mozgást figyeltek meg a grafénen.

A grafén többször olyan jó áramvezető mint a réz, ami főleg a két dimenziós struktúrájának köszönhető. A legtöbb fémnél a vezetőképességet korlátozza az anyag tökéletlensége, aminek köszönhetően az elektronok szétszóródhatnak.

Most a Nemzeti Grafén Intézet kísérleti megfigyelése új lényeges dolgot fedett fel a grafénen folyó elektronok viselkedésével kapcsolatban – amit majd a nano elektronikában is figyelembe kell venni.

A grafénhez hasonló magas minőségű anyagoknál az elektronok képesek mikronnyi távolságokat megtenni anélkülm hogy szétszóródnának, ezzel nagyságrendekkel javítva a vezetőképességet. Ez az úgynevezett ballisztikus rendszer, egy maximális lehetséges vezetőképességet okoz a normális fémeknél – ezt definiálja a Landauer-Buttiker formula.

Most viszont a Manchester Egyetem által vezetett kutatás megmutatta, hogy Landauer alapvető határok átléphetőek a grafén segítségével. Ami még ennél is érdekesebb az a mechanizmus, amivel mindez történik.

Tavaly a szilárd állapotú fizika egy új területe a ‘elektron hidrodinamika’ nagy érdeklődést váltott ki tudományos körökben. Három különböző kísérlet – az egyiket a Manchester Egyetem végezte – bemutatta, hogy megfelelő hőmérséklet mellett az elektronok olyan gyakorisággal ütköznek egymásnak, hogy új folynak tovább mint egy viszkózus folyadék.

Az új tanulmány megmutatja, hogy ez a folyadék állapot még a ballisztikus elektronoknál is jobban vezeti az áramot. Emiatt az eredmények a korábbiak ellenére arról számolnak be, hogy ahelyett hogy az elektronok ütközése csökkentené az anyag vezető képességét – mint az normális esetben történne – az elektronok együttműködése megkönnyíti az elektromos hullámok terjedését.

Ez azért történik mert néhány elektron a kristály széléhez közel marad, ahol a lendület legnagyobb része elvész és emiatt mozgásuk lelassul. Ezzel egyidejűleg megvédik a szomszédos elektronokat hogy összeütközzenek ezzel a résszel. Emiatt néhány elektron szuper-ballisztikussá válik, ahogy a szomszédos elektronok végigvezetik a csatornán.

“Még az iskolából tudjuk, hogy a rendetlenség extra elektromos ellenállást okoz. A mi esetünkben az elektronok szétszóródásából jövő rendetlenség valójában csökkenti az ellenállást, ahelyett hogy növelné. Ez egyedi és eléggé ellentmondásos eset,” mondta Andre Geim.

A kutatók arra is rájöttek, hogy a grafén ellenállása a hőmérséklet emelkedésével csökken.

Annak vizsgálatával, hogy ez az ellenállás hogyan változik a hőmérséklet hatására, a tudósok felfedeztek egy új fizikai mértékegységet, amit viszkózus vezetőképességnek neveztek. A mérések pontosságának köszönhetően azt is megmutatták, hogy a számadataik hogyan illenek össze az elmélettel.

Forrás: nature.com

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.