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觀察到電子在石墨烯中違背常識的運動行為及導電機制

作者: 51Touch     時間:2017-08-24     源于:中國青年網    總點擊:
【導讀】:因成功制備單原子層厚石墨烯而獲得諾貝爾物理學獎的安德烈·海姆團隊,觀察到電子在石墨烯中違背常識的運動行為及導電機制,并闡述了對這種導電材料的物理學特性的全新認識。成

    北京時間08月24日消息,中國觸摸屏網訊,石墨烯中發現"超級彈性"電子。因成功制備單原子層厚石墨烯而獲得諾貝爾物理學獎的安德烈·海姆團隊,觀察到電子在石墨烯中違背常識的運動行為及導電機制,并闡述了對這種導電材料的物理學特性的全新認識。成果發布在最新一期《自然·物理學》雜志上。

    本文來自:http://www.zc28898.cn/touchscreen/news/dynamic/201708/24-48120.html

  石墨烯導電性能比銅高,部分原因在于其獨特的二維結構。在大多數金屬中,電導率受到晶體缺陷的限制,當電子通過材料時,會像臺球一樣頻繁散射。納米電子輸運理論中,蘭道爾-布蒂克電導公式對此類彈性電子散射特性的描述表明,正常導電材料要提升導電率,面臨嚴苛的限制。

  但海姆領導的英國曼徹斯特大學研究團隊的最新成果顯示,這一基本限制可能在石墨烯材料中被打破。在英國國家石墨烯研究所進行的實驗觀察,提供了對石墨烯中電子流的特殊行為的基本理解。包括曼徹斯特大學在內的三個不同團隊的實驗表明,在某些溫度下,電子彼此碰撞,竟開始頻繁地像黏性液體一樣流動。

  海姆表示:“教科書說,額外的障礙總是產生額外的電阻,但在這種情況下,隨著溫度的升高,電子散射引起的障礙實際上卻降低了電阻,電子像液體那樣流動的速度竟比在真空中自由傳播還快,這種獨特現象完全違背了直覺!”

  通常散射事件會降低材料導電性,但此次觀察結果顛覆常識——一些電子黏滯在石墨烯晶體邊緣附近,其動能耗散最高,移動也最緩慢;同時,它們保護臨近的電子免于碰撞這些區域,導致另一些電子由于這些“朋友”的幫忙,彈性變得超級好,流動起來順暢無比,傳導性能驟增。

  更重要的是,通過研究電阻如何隨溫度變化,科學家發現了一個新的物理量——黏性電導,對其進行的反復測試乃至定性研究,都十分有利于指導未來納米級電子電路的設計,有利于對石墨烯材料的深入理解。

  總編輯圈點

  這無疑是石墨烯研究進程中的重大發現!幾十年前,科學家就在探討,金屬中高度黏性電子的流動可能性。去年2月,海姆團隊發現,石墨烯中的電子在常溫下同時兼具彈性和黏性。前者用于描述電子散射狀態,后者則為電子流動能力“背書”。如今,本不相容的性質,繼續在石墨烯中“榮辱與共”,共同書寫微觀世界的“神話”。
 


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