Az anyag, ami megtréfálja a fizikát: grafén és a törvények bukása

A grafén: tökéletes laboratórium

Az Indiai Tudományos Intézet és a japán Nemzeti Anyagtudományi Intézet kutatói most tiszta grafénban – vagyis egyetlen rétegnyi tiszta szénatom-hálóban – sikerrel mutatták ki ezt az egyedi elektronfolyadékot. A grafén ideális laborrá vált soha nem látott kvantumjelenségek vizsgálatára. Hihetetlen, hogy felfedezése után húsz évvel még mindig új tulajdonságaira derül fény.

Villamos és hővezetés: borul a tankönyv

A kutatók rendkívül tiszta grafénmintákat hoztak létre, majd egyszerre vizsgálták ezek elektromos és hővezető képességét. Megdöbbentő, fordított összefüggést találtak: ahogy nőtt az elektromos vezetőképesség, csökkent a hővezetés, és fordítva – ellentétben a klasszikus fémeknél érvényes Wiedemann–Franz-törvénnyel, amely szerint ezek arányosak. A grafén ezzel több mint 200-szorosan tért el a tankönyvi szabálytól alacsony hőmérsékleten.

Dirac-folyadék és tökéletes áramlás

Ez a különleges viselkedés a Dirac-pont közelében jelentkezett, amikor a grafén se nem fém, se nem szigetelő. Itt az elektronok már nem külön-külön, hanem folyadékszerűen mozognak – százszor folyékonyabbak, mint a víz. Ezt az állapotot Dirac-folyadéknak nevezik, amely szinte tökéletes, minimális viszkozitású anyagként viselkedik, hasonlóan a részecskegyorsítókban (például a CERN-ben) észlelt kvark-gluon plazmához (quark-gluon plasma).

Új távlatok a kutatásban és a technológiában

A felfedezés azt jelenti, hogy a grafén olcsó, kiváló platform lehet olyan fizikai fogalmak laboratóriumi vizsgálatára, mint például a fekete lyukak termodinamikája vagy a kvantumos összefonódási entrópia. A Dirac-folyadék pedig ígéretes a jövő kvantumérzékelőiben is, amelyek gyenge áramokat vagy minimális mágneses mezőket is képesek kimutatni.

2025, adrienne, www.sciencedaily.com alapján