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威斯康辛大学麦迪逊分校的物理学家首次以纳米分辨率直接测量了石墨烯中电子的流体状流动。研究结果发表在今天的《科学》杂志上。
石墨烯是一种原子厚度的碳片，呈蜂窝状排列，是一种特别纯的电导体，使其成为研究极低电阻电子流的理想材料。在这里，研究人员故意在已知的距离上添加杂质，并发现随着温度的升高，电子流从气体状变为流体状。
“所有导电材料都含有杂质和缺陷，会阻碍电子流动，从而产生电阻。从历史上看，人们采取了低分辨率的方法来确定阻力来自哪里，”该研究的联合主要作者、威斯康辛大学麦迪逊分校的物理学研究生扎克·克雷布斯说。“在这项研究中，我们拍摄了电荷如何在杂质周围流动的图像，并实际上看到了杂质如何阻挡电流并引起电阻，这是以前没有做过的事情，以区分气体和流体般的电子流。”
男生女生一起差差差很痛的软件下载研究结果可以应用于开发新的低电阻材料，在这种材料中，电传输将更加有效。
这项研究使用了一种被称为扫描隧道电位测量(STP)的技术和二维材料石墨烯。研究人员故意在石墨烯中引入障碍物，以控制距离间隔，然后在薄片上施加电流。使用STP，他们测量了石墨烯上所有点的纳米分辨率的电压，生成了电子流模式的2D地图(电压越高=电子越多)。无论障碍物间距如何，在较高温度(77开尔文)下，与较低温度(4开尔文)下，通过通道的电压降要低得多，这表明有更多的电子通过(更低的电阻)。
“我们对电压图进行了定量分析，发现在较高的温度下，通道中的电阻要低得多。电子流动得更自由，更像液体，”克雷布斯说。“石墨烯非常干净，我们迫使电子在与其他任何东西相互作用之前相互作用，这对于让它们表现得像流体一样至关重要。”
在接近绝对零度的温度下，石墨烯中的电子表现得像气体一样:它们向各个方向扩散，更有可能撞到障碍物，而不是相互作用。电阻较高，电子流效率相对较低。
在更高的温度下——77 K，或负196 c——电子流的流体行为意味着它们相互作用的时间大于它们撞击障碍物的时间，就像水流在溪流中间的两块岩石之间流动一样。这就好像电子在互相传递关于障碍物的信息，并在岩石周围转移。电阻更低，电子流动更有效。
免费的最近直播比较火的黄台前威斯康辛大学麦迪逊分校的研究生怀亚特·贝恩是这项研究的共同第一作者，由物理学教授维克多·布拉尔的小组进行。
更多信息:Zachary J. Krebs等人，用于弹道和粘性流体的石墨烯静电坝破裂成像，科学(2023)。DOI: 10.1126 / science.abm6073
由威斯康星大学麦迪逊分校提供
引文:石墨烯中电子的顺利航行:在纳米分辨率下测量流体状流动(2023,2月16日)检索于2023年2月16日从https://phys.org/news/2023-02-smooth-electrons-graphene-fluid-like-nanometer.html
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