Physiker der University of Wisconsin-Madison beobachteten, wie sich ein Elektronenstrom in ein Analogon verwandelt
Graphen ist ein zweidimensionales Kohlenstoffmaterial mit einer Dickein ein wabenförmig angeordnetes Atom. Es ist ein rein elektrischer Leiter, in dem die Elektronen praktisch keinen Widerstand erfahren. Für ihr Experiment haben die Forscher Graphen in kontrollierten Abständen mit Hindernissen versehen und dann mit elektrischem Strom durchflossen.
In der Studie zeigen wir, wie die Ladung fließtum die Verunreinigung, und tatsächlich sehen wir, wie diese Verunreinigung den Strom blockiert und einen Widerstand verursacht, was vorher nicht gemacht wurde, um zwischen gasförmigen und flüssigen Elektronenströmen zu unterscheiden.
Zach Krebs, Doktorand am Department of Physics der University of Wisconsin-Madison und Co-Autor der Studie
Das zeigte die Studie bei TemperaturenNahe dem absoluten Nullpunkt verhalten sich die Elektronen in Graphen wie ein Gas: Sie bewegen sich in alle Richtungen und kollidieren öfter mit Hindernissen als dass sie miteinander interagieren. In dieser Situation ist der Widerstand höher und der Elektronenfluss relativ ineffizient, stellen die Autoren fest.
Heatmap der Position von Elektronen in Graphenzeigt, dass Elektronen bei niedrigerer Temperatur (links) häufiger mit Verunreinigungen kollidieren (Kreise) und relativ weniger von ihnen den Kanal zwischen ihnen passieren. Bei höheren Temperaturen (rechts) wird der Elektronenfluss „flüssig“, bleibt weniger wahrscheinlich in Verunreinigungen stecken und passiert den Kanal besser. Bild: University of Wisconsin-Madison
Im Gegenteil, bei höheren Temperaturen (ca.Bei einer Temperatur von ca. 77 K oder –196 °C beginnen Elektronen miteinander zu interagieren, wodurch sie beginnen, sich wie eine viskose (Newtonsche) Flüssigkeit zu bewegen. Dieser Vorgang ähnelt einem Fluss, der um einen Felsen fließt. Gleichzeitig ist der Widerstand in Graphen geringer und der Elektronenfluss effizienter. Physiker fanden heraus, dass unabhängig vom Abstand zwischen Hindernissen der Spannungsabfall bei 77 K viel geringer war als bei 4 K.
Die Ergebnisse dieser Studie werden Wissenschaftlern zufolge bei der Entwicklung neuer Materialien mit geringem Widerstand helfen.
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