电子在石墨烯中流动，开创物理学新篇章
2017-08-31 15:07:38
作者：本网整理 来源：材料人
对于大多数金属，电导率受到晶体缺陷的限制，当电子通过材料时，会像台球一样频繁散射，而在石墨烯中却能像液体一样流动，对于这种特殊行为的解释，将影响到未来纳米电子电路的设计。下面让我们一起来探究一下这种行为产生的原因吧！
在一些高品质的材料（如石墨烯）中，电子可以传播微米距离而不散射，从而提高电导率的数量级。这种所谓的弹道区，赋予了任何一种普通金属以最大可能的电导率，被称为Landauer-Buttiker输运理论。
曼彻斯特大学的研究人员，与Marco Polini教授和Leonid Levitov教授共同带领的理论物理学家们合作发现，Landauer的基本限制可能在石墨烯中被破坏。更令人着迷的是，原因正在于这个机制本身。
去年，一个被称为“电子流体动力学”的固态物理学新领域激发了人们巨大的科学兴趣。三个不同的实验（包括曼彻斯特大学进行的一个实验）表明，在特定温度下，电子频繁进行碰撞，最后像粘性流体一样连续流动。
这项新的研究表明，这种粘性流体比弹道电子更具导电性。结果是相当直观的，因为通常散射会抑制电子在晶体内的移动，从而降低材料的导电性。然而，当电子彼此碰撞时，它们会开始一起工作并且减轻电流流动。
这是因为一些电子停留在晶体边缘附近，动量耗散最多，移动相当缓慢。同时，它们保护邻近的电子免受与这些区域的碰撞。因此，一些电子在他们的同伴的引导下通过隧道，超级顺畅。
安德烈·盖姆爵士说：“我们在学校学过，额外的障碍总是会产生额外的电阻。在我们的实验中，由电子散射引起的紊乱实际上减少了而不是增加了电阻。这是独一无二且非常违反常识的：当电子形成液体时，比在没有阻力的地方（例如真空）传播得更快。”
研究人员测量了石墨烯收缩的阻力，发现其随着温度的升高而降低，与预期掺杂石墨烯的一般金属行为相反。
通过研究在收缩过程中阻力如何随温度变化，科学家们发现了一种新的物理量，粘性电导。测量它们使得科学家们能够以非常高的精度确定电子粘度，提取值与理论值具有显著的定量一致性。
这项研究已经发表在期刊Nature Physics上。
原文链接：Electrons Flowing Like Liquid in Graphene Start a New Wave of Physics文献链接：Superballistic flow of viscous electron fluid through graphene constrictions
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