Доказано, что электроны в графене коррелируют друг с другом
 Изображение пластины графена, полученное при помощи сканирующего туннельного микроскопа. |
|
||||||||
Графен – одноатомный слой углерода, образующий двумерную гексагональную кристаллическую решетку, впервые полученный учеными из University of Manchester в 2004 году. С момента начала исследований этот материал не перестает удивлять ученых из самых разных областей науки.
За счет того, что его кристаллическая решетка графена имеет дальний порядок лишь в двух пространственных направлениях (а не в трех, как решетки привычных нам проводников), поведение носителей тока в нем в значительной степени отличается от «стандартных» металлов и полупроводников. Исследования показывают, что электроны в графене ведут себя как релятивистские частицы, т.е. частицы, движущиеся со скоростями, близкими к скорости света, и вообще не имеющие массы покоя.
Благодаря огромным скоростям носителей тока, графен обладает самой высокой проводимостью при комнатной температуре. Но это далеко не единственное свойство данного материала, причисляемое к разряду «удивительных». Графен, к примеру, чрезвычайно чувствителен к химическим элементам; его проводимость изменяется даже при добавлении одной «лишней» молекулы, что делает его отличной основой для создания в будущем всевозможных химических датчиков. Кроме того, в зависимости от приложенного внешнего напряжения, возможно изменение оптических свойств графена: он может быть либо прозрачным, либо не прозрачным. Все эти «фокусы» объясняются исключительно особенностями транспорта носителей тока.
В своей работе, опубликованной в журнале Nature, группа ученых из США показала, что электроны в графене на самом деле во многом напоминают носители тока в сверхпроводниках и магнитах. Исследователи доказали, что свободные электроны не просто напоминают релятивистские частицы, но и взаимодействуют между собой. Подобные корреляции приводят ко многим удивительным эффектам, существенно расширяющим знания о релятивистских частицах в целом. Ученые отмечают, что это первый пример корреляции между заряженными релятивистскими частицами, известный науке. Ранее исследователям были доступны лишь релятивистские нейтрино, поступающие на землю с космическими лучами или получаемые при помощи ускорителей. Однако, на них невозможно было наблюдать корреляции, ибо они слишком редки. Из-за отсутствия достойных практических примеров некоторые исследователи даже полагали, что корреляции между заряженными релятивистскими частицами невозможны.
Поведение носителей тока в графене было описано теоретически. Однако, практический эксперимент помог бы лучше понять сложные процессы, происходящие в этом уникальном материале. Это особенно актуально в условиях того, что на графен рассчитывают как на возможную замену кремния в электронных устройствах. Поставленный группой ученых эксперимент доказал существование взаимодействия, чем не только приоткрыл завесу тайны над особенностями транспорта заряда в графене, но и позволил сделать существенный шаг вперед физике элементарных частиц.
Также по теме:
- Релятивистская квантовая механика
- Топографический изолятор из графена
- Новый способ выращивания графена
Источники: