Вязкая электронная жидкость улучшает проводимость графена

В некоторых высококачественных материалах, например в графене, электроны могут перемещаться на микроскопические расстояния без рассеивания в условиях улучшенной проводимости. Исследование было опубликовано в журнале Nature Physics.

Благодаря своей двухмерной структуре графен обладает большей электропроводимостью, чем медь. В большинстве металлов проводимость ограничена несовершенством кристаллической решетки, из-за которой электроны рассеиваются.

Эксперимент, который провели в Национальном графеновом институте в Великобритании ученые из Манчестерского университета, показал, что фундаментальный принцип Ландауэра, который устанавливает верхнюю границу на проводимость, в графене можно нарушить.

Денис Бандурин, один из авторов работы, прокомментировал: «Сопротивление любых проводников тока напрямую зависит от того, как часто электроны сталкиваются с дефектами кристаллической решетки. Если же сделать металл очень чистым, как графен, то электроны могут "летать" на большие расстояния без рассеяния. При этом проводимость становится максимально допустимой. Мы показали, что этот максимальный предел можно нарушить, если электроны начинают сталкиваться друг с другом очень часто, таким образом формируя электронную вязкую жидкость. Такой эффект довольно противоречив, всегда считалось, что электронные соударения должны вести к ухудшению проводимости, а не наоборот, как в нашем случае».

Исследователи сравнивают движение электронов в графеновых образцах с дорожным движением: ночью машины едут по прямой дороге быстро и практически беспрепятственно, что представляет собой условный максимальный предел. Однако в утреннее время, когда автомобили становятся в пробки, электронам, напротив, становится проще двигаться. Это происходит потому, некоторые электроны у границ графенового канала, где и происходит рассеяние, движутся медленно, при этом защищая соседние электроны от этих границ. Таким образом формируется что-то похожее на буфер из электронов, глобальное рассеяние подавляется, и сопротивление вместе с ним.

что некоторые электроны остаются близко к граням кристаллической решетки, где переход энергии электрического тока в тепло наименьший, и в то же время защищают соседние электроны от столкновения.

Исследователи измерили сопротивление сужения графена и обнаружили, что оно уменьшается при повышении температуры, в отличие от обычного поведения металлов. Особенности поведения электронов в графене необходимо учитывать при проектировании будущих наноэлектронных схем.