Fysiker från University of Wisconsin i Madison observerade hur en ström av elektroner förvandlas till en analog
Grafen är ett tvådimensionellt kolmaterial med en tjocklektill en atom arrangerad i ett bikakemönster. Det är en ren elektrisk ledare där elektronerna praktiskt taget inte upplever något motstånd. För sitt experiment lade forskarna till hinder på kontrollerade avstånd till grafen och applicerade sedan en elektrisk ström genom den.
I studien visar vi hur laddningen flyterrunt föroreningen, och faktiskt ser vi hur denna förorening blockerar strömmen och orsakar motstånd, vilket inte gjordes tidigare, för att skilja på gasformiga och flytande elektronflöden.
Zach Krebs, doktorand vid institutionen för fysik vid University of Wisconsin-Madison och medförfattare till studien
Studien visade att vid temperaturernära absolut noll beter sig elektronerna i grafen som en gas: de rör sig i alla riktningar och kolliderar med hinder oftare än interagerar med varandra. I denna situation är motståndet högre och elektronflödet relativt ineffektivt, konstaterar författarna.
Värmekarta över platsen för elektroner i grafenvisar att vid lägre temperatur (vänster) kolliderar elektroner med föroreningar oftare (cirklar), och relativt färre av dem passerar genom kanalen mellan dem. Vid högre temperaturer (höger) blir elektronflödet "flytande", mindre benägna att fastna i föroreningar och bättre passera genom kanalen. Bild: University of Wisconsin-Madison
Tvärtom, vid högre temperaturer (ca.77 K, eller –196 °C) elektroner börjar interagera med varandra, som ett resultat av att de börjar röra sig som en trögflytande (Newtonsk) vätska. Denna process liknar en flod som rinner runt en sten. Samtidigt är motståndet i grafen lägre, och flödet av elektroner är mer effektivt. Fysiker fann att oavsett avståndet mellan hindren var spänningsfallet mycket lägre vid 77 K än vid 4 K.
Resultaten av denna studie kommer att hjälpa till i utvecklingen av nya material med låg resistens, säger forskare.
Läs mer:
Det handlar inte om jorden: forskare förklarade varför solsystemet är det sällsynta
Dinosaurier i bambukorsetter hittades bland artefakterna från expeditionen i början av 1900-talet
Ämne från "farfars skägg" förbättrar minnet och neuronal tillväxt