Изучая, как электроны в двумерном графене могут фактически действовать как жидкость, ученые сделали возможным дополнительные исследования материала, который потенциально может помочь будущим электронным вычислительным устройствам, которые превосходят кремниевые транзисторы.
Исследование новой методики, позволяющей более точно показать поведение жидкости в графене, подобно жидкости, созданное ученым Ренсселером Равишанкаром Сундарараманом и группой Quazar Technologies в Индии под руководством Мани Чандры, было недавно опубликовано в Physical Review B .
Графен представляет собой один атомный слой графита, который привлек большое внимание благодаря своим уникальным электронным свойствам. Недавно, по словам Сундарарамана, исследователи предположили, что при правильных обстоятельствах электроны в графене могут течь как жидкость, как никогда ранее ни в одном другом материале.
Чтобы объяснить это, Сундарараман сравнивает электроны с каплями воды. Когда на дне банки находятся несколько капель, их движение можно предвидеть, поскольку они следят за движением контейнера, когда он наклоняется из стороны в сторону. То же самое происходит с электронами в большинстве материалов, когда они вступают в контакт с атомами и отскакивают от них. Это приводит к закону Ома, наблюдение, что электрический ток, протекающий через материал, относительно напряжения, приложенного к нему. Когда напряжение снято, ток прекращается.
Теперь представьте себе стакан, наполовину наполненный водой. Движение жидкости, особенно при встряхивании банки, гораздо менее равномерное, поскольку молекулы воды обычно соприкасаются друг с другом, а не со стенками банки, что позволяет воде выплескиваться и вращаться. Даже если движение стекла прекращается, движение воды продолжается. Сундарараман сравнивает это с тем, как электроны продолжают течь в графене, даже после того, как напряжение прекратилось.
Ученые знали, что электроны в графене могут реагировать таким образом, но проведение экспериментов по созданию необходимых условий для такого поведения затруднительно. Ранее, по словам Сундарарамана, исследователи прикладывали напряжение к материалу и наблюдали за отрицательным сопротивлением, но это не был очень чувствительный метод.
Расчеты, которые Сундарараман и его команда выдвинули в этой недавней работе, показывают, что, осциллируя напряжение – имитируя колебательное движение в кувшине, – ученые могут более точно обнаруживать и измерять образовавшиеся вихри и гидродинамическое поведение электронов.
Из этого вы можете получить действительно странные и полезные электронные свойства. Поскольку он течет как жидкость, у него есть потенциал, чтобы сохранить свой импульс и продолжать двигаться. Вы можете получить проводимость с гораздо меньшими потерями энергии, что чрезвычайно полезно для создания устройств с низким энергопотреблением очень быстро.
Равишанкар Сундарараман, доцент кафедры материаловедения и инженерии, Ренсселер.
Сундарараман ясно говорит о том, что необходимо провести гораздо больше исследований, прежде чем подобное устройство можно будет создать и применить к электронике. Но техника, которую иллюстрирует эта статья, включая измерения, которые, по словам ученых, должны быть выполнены, позволит более точно наблюдать этот гидродинамический поток электронов в графене и других потенциальных материалах.