Wisconsin-Madisonin yliopiston fyysikot havaitsivat, kuinka elektronien virtaus muuttuu analogiseksi
Grafeeni on kaksiulotteinen hiilimateriaali, jonka paksuusatomiksi, joka on järjestetty hunajakennomalliin. Se on puhdas sähköjohdin, jossa elektronit eivät käytännössä koe vastusta. Kokeeseensa tutkijat lisäsivät esteitä kontrolloiduilla etäisyyksillä grafeeniin ja kohdistavat sitten sähkövirran sen läpi.
Tutkimuksessa näytämme kuinka varaus virtaaepäpuhtauden ympärillä, ja itse asiassa näemme kuinka tämä epäpuhtaus estää virran ja aiheuttaa vastuksen, mitä ei aiemmin tehty, jotta voidaan erottaa kaasumaiset ja nestemäiset elektronivirtaukset.
Zach Krebs, Wisconsin-Madisonin yliopiston fysiikan laitoksen jatko-opiskelija ja tutkimuksen toinen kirjoittaja
Tutkimus osoitti, että lämpötiloissaLähellä absoluuttista nollaa grafeenissa olevat elektronit käyttäytyvät kuin kaasu: ne liikkuvat kaikkiin suuntiin ja törmäävät esteisiin useammin kuin ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Tässä tilanteessa vastus on suurempi ja elektronien virtaus on suhteellisen tehotonta, kirjoittajat huomauttavat.
Lämpökartta elektronien sijainnista grafeenissaosoittaa, että alemmassa lämpötilassa (vasemmalla) elektronit törmäävät epäpuhtauksiin useammin (ympyrät), ja suhteellisen harvemmat niistä kulkevat niiden välisen kanavan läpi. Korkeammissa lämpötiloissa (oikealla) elektronivirtaus muuttuu "nestemäiseksi", epätodennäköisemmin juuttuu epäpuhtauksiin ja kulkee paremmin kanavan läpi. Kuva: University of Wisconsin–Madison
Päinvastoin, korkeammissa lämpötiloissa (n.77 K tai –196 °C) elektronit alkavat olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, minkä seurauksena ne alkavat liikkua kuin viskoosi (newtonilainen) neste. Tämä prosessi muistuttaa jokea, joka virtaa kiven ympärillä. Samaan aikaan grafeenin vastus on pienempi ja elektronien virtaus tehokkaampi. Fyysikot havaitsivat, että esteiden välisestä etäisyydestä riippumatta jännitehäviö oli paljon pienempi 77 K:ssa kuin 4 K:ssä.
Tämän tutkimuksen tulokset auttavat kehittämään uusia materiaaleja, joilla on alhainen vastus, tutkijat sanovat.
Lue lisää:
Kyse ei ole maapallosta: tiedemiehet selittivät, miksi aurinkokunta on harvinaisin
Bambukorseteissa olevat dinosaurukset löydettiin 1900-luvun alun retkikunnan esineistä
"Isoisän parrasta" peräisin oleva aine parantaa muistia ja hermosolujen kasvua