Вчені вперше безпосередньо виміряли “рідкий потік” електронів у графені з нанометровою роздільною здатністю.
Фізики з Університету Вісконсіна в Мадісоні спостерігали, як потік електронів перетворюється на аналог в’язкої рідини при зіткненні з перешкодами всередині провідника. Результати дослідження опубліковані в журналі Science.
Графен – двовимірний матеріал з вуглецю товщиною в атом, розташований у вигляді сот. Він являє собою чистий електричний провідник, в якому електрони практично не відчувають опору. Для свого експерименту дослідники додали в графен перешкоди, розташовані на контрольованих відстанях, а потім подали через нього електричний струм.
Дослідження показало, що при температурах, близьких до абсолютного нуля, електрони в графені поводяться як газ: вони рухаються в усіх напрямках і частіше стикаються з перешкодами, ніж взаємодіють один з одним. У цій ситуації опір вище, і потік електронів відносно неефективний, відзначають автори роботи.
Теплова карта розташування електронів у графені показує, що при більш низькій температурі (зліва) електрони частіше стикаються з домішками (кола), і відносно менша їх кількість проходить через канал між ними. При більш високих температурах (праворуч) потік електронів стає «рідким», рідше застряє в домішках і краще проходить по каналу. Зображення: University of Wisconsin-Madison
Навпаки, при більш високих температурах (близько 77 К, або -196 °С) електрони починають взаємодіяти один з одним, в результаті вони починають рухатися подібно в’язкій (ньютонівській) рідині. Цей процес нагадує річку, яка обтікає скелю. При цьому опір в графені нижче, а потік електронів більш ефективний. Фізики встановили, що незалежно від відстані між перешкодами падіння напруги було набагато нижче при температурі 77К, ніж при 4 K.
Результати цього дослідження допоможуть у розробці нових матеріалів з низьким опором, вважають вчені.