Группа ученых Индийского научного института совместно с сотрудниками Национального института материаловедения Японии идентифицировала неуловимую электронную жидкость в графене — материале, состоящем из одного слоя атомов углерода. «Удивительно, как много всего можно сделать с одним слоем графена, даже спустя 20 лет исследований», — заявил Ариндам Гхош, один из соавторов работы.

Получив исключительно чистые образцы графена и изучив их электро- и теплопроводность, исследователи обнаружили, что эти два свойства меняются в противоположных направлениях: при увеличении электропроводности падает теплопроводность, и наоборот. Этот неожиданный результат выявил разительное отклонение от закона Видемана-Франца, известного правила в физике металлов, которое гласит, что эти два показателя проводимости должны быть прямо пропорциональны.

В своих образцах графена команда ученых наблюдала сильное отклонение от этого закона — более чем в 200 раз при низких температурах, — что свидетельствует о разделении механизмов переноса заряда и теплопроводности. Однако это разделение не является случайным событием — оказывается, что и перенос заряда, и перенос тепла в данном случае зависят от независимой от материала универсальной постоянной, которая равна кванту проводимости — фундаментальной величине, связанной с движением электронов.

Такое экзотическое поведение возникает в «точке Дирака» — определенном месте, характеризуемым изменением числа электронов в материале, — где графен не является ни металлом, ни изолятором. В этом состоянии электроны перестают вести себя как отдельные частицы, а вместо этого движутся подобно жидкости, как вода, но в сто раз менее вязкая, пишет Scitech Daily.

«Поскольку это похожее на воду поведение наблюдается вблизи точки Дирака, оно называется дираковской жидкостью — экзотическим состоянием вещества, имитирующим кварк-глюонную плазму, смесь высокоэнергетических субатомных частиц, которую можно наблюдать на ускорителях частиц в ЦЕРНе», — сказал Аникет Маджумдар, первый автор статьи. Группа также измерила вязкость этой дираковской жидкости и обнаружила, что она максимально близка к идеальной жидкости.

Результаты исследования показывают, что графен может стать идеальной недорогой платформой для проведения в лабораторных условиях исследований в области физики высоких энергий и астрофизики. А с практической точки зрения наличие дираковской жидкости в графене открывает возможность производства квантовых датчиков, способных усиливать очень слабые электрические сигналы и обнаруживать крайне слабые магнитные поля.

Новый класс материалов открыли ученые из США, сложив определенным образом два слоя графена, углеродного материала толщиной в один атом. Эти интеркристаллы, как назвали их исследователи, обладают уникальными электронными свойствами, которые открывают путь к разработке более эффективных электронных устройств, квантовых процессоров и экологически чистых материалов.