石墨烯中發現「超級彈性」電子

物理學家組織網23日報道稱，因成功製備單原子層厚石墨烯而獲得諾貝爾物理學獎的安德烈·海姆團隊，觀察到電子在石墨烯中違背常識的運動行為及導電機制，並闡述了對這種導電材料的物理學特性的全新認識。成果發布在最新一期《自然·物理學》雜誌上。

石墨烯導電性能比銅高，部分原因在於其獨特的二維結構。在大多數金屬中，電導率受到晶體缺陷的限制，當電子通過材料時，會像撞球一樣頻繁散射。納米電子輸運理論中，蘭道爾-布蒂克電導公式對此類彈性電子散射特性的描述表明，正常導電材料要提升導電率，面臨嚴苛的限制。

但海姆領導的英國曼徹斯特大學研究團隊的最新成果顯示，這一基本限制可能在石墨烯材料中被打破。在英國國家石墨烯研究所進行的實驗觀察，提供了對石墨烯中電子流的特殊行為的基本理解。包括曼徹斯特大學在內的三個不同團隊的實驗表明，在某些溫度下，電子彼此碰撞，竟開始頻繁地像黏性液體一樣流動。

海姆表示：「教科書說，額外的障礙總是產生額外的電阻，但在這種情況下，隨著溫度的升高，電子散射引起的障礙實際上卻降低了電阻，電子像液體那樣流動的速度竟比在真空中自由傳播還快，這種獨特現象完全違背了直覺！」

通常散射事件會降低材料導電性，但此次觀察結果顛覆常識——一些電子黏滯在石墨烯晶體邊緣附近，其動能耗散最高，移動也最緩慢；同時，它們保護臨近的電子免於碰撞這些區域，導致另一些電子由於這些「朋友」的幫忙，彈性變得超級好，流動起來順暢無比，傳導性能驟增。

更重要的是，通過研究電阻如何隨溫度變化，科學家發現了一個新的物理量——黏性電導，對其進行的反覆測試乃至定性研究，都十分有利於指導未來納米級電子電路的設計，有利於對石墨烯材料的深入理解。

總編輯圈點

這無疑是石墨烯研究進程中的重大發現！幾十年前，科學家就在探討，金屬中高度黏性電子的流動可能性。去年2月，海姆團隊發現，石墨烯中的電子在常溫下同時兼具彈性和黏性。前者用於描述電子散射狀態，後者則為電子流動能力「背書」。如今，本不相容的性質，繼續在石墨烯中「榮辱與共」，共同書寫微觀世界的「神話」。

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