Az elektronok folyékony tánca
Évtizedek óta feszítő kérdés, létezhet-e olyan anyag, amelyben az elektronok mintha tökéletes, súrlódás nélküli folyadékban mozognának, követve egy egyetemes kvantumfolyékonyságot. Az eddigi kísérletek sorra elbuktak a valóság tökéletlenségein: apró anyaghibák, szennyeződések rendre felborítják ezeket az érzékeny kvantumhatásokat. Az Indiai Tudományos Intézet és a japán Nemzeti Anyagtudományi Intézet kutatócsoportja viszont most mégis áttörést ért el, amikor kiemelkedően tiszta mintákon feltárták a grafénban ezt a különleges kvantumfolyadékot.
Megdől a Wiedemann–Franz-törvény
A csapat precízen mérte, hogyan vezeti a grafén a hőt és az áramot. Meglepő eredményre jutottak: a két tulajdonság ellenkező irányba mozdult, vagyis miközben javult az elektromos vezetés, a hővezetés drasztikusan csökkent. Ez egyenesen szembemegy a Wiedemann–Franz-törvénnyel, amely szerint ezeknek arányban kellene lenniük. Nem elhanyagolható tényező, hogy a grafén esetén az eltérés mértéke több mint 200-szoros lehet, különösen alacsony hőmérsékleten.
Dirac-folyadék: amikor az elektronok „vízként” hullámzanak
Az átütő változás a „Dirac-pontban” történik, ahol a grafén épp sem fém, sem szigetelő. Itt az elektronok nem különálló részecskékként viselkednek, hanem egyetlen kollektív hullámként, amely rendkívül kis viszkozitással áramlik – a fizikában talán még semmi nem járt ilyen közel a tökéletes folyadékhoz.
Kaput nyit a kvantumtechnológia és az extrém fizika felé
Összefoglalásként ezek az eredmények a grafént új modellrendszerré teszik az alapvető kérdések – mint a fekete lyukak termodinamikája vagy a kvantum-összefonódás – laboratóriumi vizsgálatára. Ráadásul a Dirac-folyadék jelenléte lehetővé teheti érzékeny kvantumszenzorok fejlesztését, amelyekkel akár gyenge áramokat és leheletfinom mágneses mezőket is észlelhetünk. A grafén tehát nemcsak átírja, hanem a jövőhöz is kulcsot ad – nemcsak a kutatóknak, hanem talán mindannyiunknak.
