Natuurkundigen van de Universiteit van Wisconsin in Madison hebben waargenomen hoe een stroom elektronen in een analoog verandert
Grafeen is een tweedimensionaal koolstofmateriaal met een diktein een atoom gerangschikt in een honingraatpatroon. Het is een puur elektrische geleider waarin de elektronen praktisch geen weerstand ondervinden. Voor hun experiment voegden de onderzoekers obstakels op gecontroleerde afstand toe aan grafeen en voerden er vervolgens een elektrische stroom doorheen.
In de studie laten we zien hoe de lading stroomtrond de onzuiverheid, en in feite zien we hoe deze onzuiverheid de stroom blokkeert en weerstand veroorzaakt, wat niet eerder werd gedaan, om onderscheid te maken tussen gasvormige en vloeibare elektronenstromen.
Zach Krebs, afgestudeerde student aan de afdeling Natuurkunde aan de Universiteit van Wisconsin-Madison en co-auteur van de studie
Uit de studie bleek dat bij temperaturendicht bij het absolute nulpunt gedragen de elektronen in grafeen zich als een gas: ze bewegen alle kanten op en botsen vaker op obstakels dan op elkaar. In deze situatie is de weerstand hoger en is de elektronenstroom relatief inefficiënt, merken de auteurs op.
Warmtekaart van de locatie van elektronen in grafeenlaat zien dat bij lagere temperatuur (links) elektronen vaker in botsing komen met onzuiverheden (cirkels), en relatief minder van hen passeren het kanaal ertussen. Bij hogere temperaturen (rechts) wordt de elektronenstroom "vloeibaar", minder snel vast komen te zitten in onzuiverheden en beter door het kanaal gaan. Afbeelding: Universiteit van Wisconsin-Madison
Integendeel, bij hogere temperaturen (ca.Bij een temperatuur van 77 K (of –196 °C) beginnen elektronen met elkaar te interageren, waardoor ze beginnen te bewegen als een stroperige (Newtonse) vloeistof. Dit proces lijkt op een rivier die rond een rots stroomt. Tegelijkertijd is de weerstand in grafeen lager en is de elektronenstroom efficiënter. Natuurkundigen ontdekten dat, ongeacht de afstand tussen obstakels, de spanningsval bij 77 K veel lager was dan bij 4 K.
De resultaten van deze studie zullen helpen bij de ontwikkeling van nieuwe materialen met een lage weerstand, zeggen wetenschappers.
Lees verder:
Het gaat niet om de aarde: wetenschappers legden uit waarom het zonnestelsel het zeldzaamst is
Dinosaurussen in bamboekorsetten werden gevonden tussen de artefacten van de expeditie van het begin van de twintigste eeuw
Stof uit de "grootvadersbaard" verbetert het geheugen en de neuronale groei