Kapacitý grafén by mohol byť kľúčom k pochopeniu čiernych dier

Anonim

Kapacitý grafén by mohol byť kľúčom k pochopeniu čiernych dier

materiály

Dario Borghino

16. februára 2016

Vedci z Harvard a Raytheon BBN technológia urobili prelom v našom chápaní grafenových základných vlastností a po prvýkrát pozorovali elektróny v kovu, ktorý sa choval ako tekutina (Kredit: Peter Allen / Harvard SEAS)

Výskumníci z Harvardskej univerzity a Raytheon BBN Technology zistili, že nabité častice vo vysoko čistom grafete sa správajú ako tekutina s relativistickými vlastnosťami. Tento nález by mohol viesť k zariadeniam, ktoré účinne premieňajú teplo na elektrickú energiu, ako aj čipy založené na grafe, ktoré dokážu presne modelovať správanie ďalekých nebeských objektov, ako sú supernovy a čierne diery.

Grafen je mimoriadne ľahký a silný, skvelý vodič tepla a elektrickej energie a oba veľmi tuhé a veľmi tvárne. Táto jedinečná sada funkcií naznačuje, že by mohla nahradiť kremík v elektronike a lítiu v batériách s vysokou hustotou - alebo sa mohla premeniť na uhlíkové nanotrubice - možno dokonca urobiť niečo tak bláznivo ambiciózne ako pomôcť vybudovať priestorový výťah.

Vytváranie grafénu je dosť jednoduché, všetko, čo potrebujete, je kus lepiacej pásky, aby sa kryštály grafitu oddelili znova a znova na jednu vrstvu. Ale pretože konečný produkt je len jeden atóm hrubý, štúdium vlastností grapénu v izolácii nebolo takmer tak jednoduché.

Výskumníci vedený profesorom Philipom Kimom teraz našli spôsob, ako izolovať grafén vysokej čistoty a využili ho na objavenie ďalšej pozoruhodnej vlastnosti tohto zázračného materiálu. Prvýkrát v kovu vedci zistili, že častice nesúce náboj v grafene sa správajú ako kvapalina, kde sa skôr než sa navzájom vyhýbajú, častice sa zrazia bilióny krát za sekundu.

Kim a jeho kolegovia najprv odobrali vzorku čistého grafenu ochranou medzi vrstvami hexagonálneho nitridu bóru, izolačným priehľadným kryštálom známym ako "biele grafény" pre jeho podobné vlastnosti a atómovú štruktúru. Vedci potom pokryli (stále exponované) konce grafénového hárku s nabitými časticami a pozorovali, ako náboj prúdi, keď aplikujú ako tepelné, tak aj elektrické prúdy.

Keď väčšina materiálov je vystavená elektrickému poľu, ich negatívne nabité elektróny a pozitívne nabité "elektrónové otvory" sú poháňané opačným smerom; naopak, rozdiel v teplote spôsobuje, že oba typy nábojov sa pohybujú rovnakým smerom. V oboch prípadoch sa nabité častice sotva navzájom ovplyvňujú.

Ako to však Kim a jeho kolegovia zistili, veci sa vo vnútri grafínu s vysokou čistotou veľmi líšia. Dvojrozmerná povaha a voštinová štruktúra materiálu núti nabité častice cestovať pozdĺž rovnakých ciest a veľmi často sa zrazia a vytvárajú silne interagujúcu, kvázi-relativizujúcu plazmu známu ako Diracov fluida.

"Fyzika, ktorú sme zistili pri štúdiu čiernych dier a teórie strún, sme videli v grafene, " povedal Andrew Lucas, spoluautor štúdie. "Toto je prvý model systému relativistickej hydrodynamiky v kovu."

To by mohlo znamenať, že čipy založené na grafe, ktoré už boli ako sľubné kandidáti na ďalšiu generáciu ultratenkých elektronických zariadení, nám nielenže prinášajú oveľa rýchlejšiu krehkosť, ale aj pomáhajú vedcom pochopiť komplexné kvantové javy, ktoré sa odohrávajú vo vnútri nebeských objektov ďalší koniec nášho vesmíru.

Pokiaľ ide o spotrebiteľské aplikácie, grafén s vysokou čistotou môže byť tiež skvelou možnosťou pre vybudovanie efektívnych termoelektrických zariadení, ktoré premieňajú teplo na elektrický prúd (a naopak) s malou stratou energie - napríklad vytvoriť ľahký obvod tkaný do odevov, za poplatok za naše smartphony.

Dokument, ktorý podrobne opisuje štúdiu, sa objavuje v poslednom vydaní časopisu Science .

Zdroj: Harvardská univerzita

Vedci z Harvard a Raytheon BBN technológia urobili prelom v našom chápaní grafenových základných vlastností a po prvýkrát pozorovali elektróny v kovu, ktorý sa choval ako tekutina (Kredit: Peter Allen / Harvard SEAS)