Elektronen die werken als langzaam stromende honing zijn voor het eerst waargenomen in grafeen, aanleiding geven tot een nieuwe benadering van de fundamentele fysica.

Het is bekend dat elektronen door metalen bewegen zoals kogels die alleen worden weerkaatst door onvolkomenheden, maar in grafeen bewegen ze als in een zeer stroperige vloeistof, Onderzoekers van de Universiteit van Manchester hebben ontdekt.

De mogelijkheid van een zeer viskeuze elektronenstroom in metalen werd enkele decennia geleden voorspeld, maar ondanks talrijke inspanningen die nooit zijn waargenomen, tot nu toe zoals gerapporteerd in het tijdschrift Wetenschap .

De observatie en studie van dit effect maakt een beter begrip mogelijk van het contra-intuïtieve gedrag van interagerende deeltjes, waar de menselijke kennis en ontwikkelde wiskundige technieken ontbreken.

Een atoom dik materiaal grafeen, tien jaar geleden voor het eerst verkend door een team van de Universiteit van Manchester, staat bekend om zijn vele overtreffende trap eigenschappen en, vooral, uitzonderlijk hoge elektrische geleidbaarheid.

Er wordt algemeen aangenomen dat elektronen in grafeen 'ballistisch' kunnen bewegen, zoals kogels of biljartballen die zich alleen verspreiden bij grafeengrenzen of andere onvolkomenheden.

De werkelijkheid is niet zo eenvoudig, zoals gevonden door een Manchester-groep onder leiding van Sir Andre Geim in samenwerking met Italiaanse onderzoekers onder leiding van prof. Marco Polini.

Ze merkten op dat de elektrische stroom in grafeen niet langs het aangelegde elektrische veld liep, zoals bij andere materialen, maar reisde achteruit en vormde draaikolken waar cirkelvormige stromingen verschenen. Dergelijk gedrag is bekend voor conventionele vloeistoffen zoals water dat draaikolken maakt wanneer het rond obstakels stroomt, bijvoorbeeld, bij rivieren.

De wetenschappers maten de viscositeit van deze vreemde nieuwe vloeistof in grafeen, die niet uit watermoleculen maar uit elektronen bestaat. Tot verbazing van de onderzoekers de elektronenvloeistof kan 100 keer stroperiger zijn dan honing, zelfs bij kamertemperatuur.

De wetenschappelijke doorbraak is belangrijk om te begrijpen hoe materialen werken in steeds kleinere afmetingen die vereist zijn door de halfgeleiderindustrie, omdat dergelijke draaikolken eerder op micro- en nanoschaal verschijnen.

De observatie zet ook vraagtekens bij ons huidige begrip van de fysica van sterk geleidende metalen, vooral grafeen zelf.

Het gelijktijdig bestaan ​​van zulke schijnbaar onverenigbare eigenschappen, met elektronen die zich gedragen als kogels en een vloeistof in hetzelfde materiaal leidt tot een fundamentele heroverweging van ons begrip van materiaaleigenschappen.

Professor Polini merkte op:"Na decennialange inspanningen om zelfs de kleinste tekenen van een stroperige stroom in metalen te vinden, we waren verbijsterd dat grafeen niet alleen een klein vlekje op een experimentele curve vertoonde, maar het duidelijke kwalitatieve effect, een grote terugstroom van elektrische stroom."

Mijnheer André Geim, die een Nobelprijs voor grafeen ontving, toegevoegd:"Grafeen blijft ons verbazen. Nu moeten we lang en hard nadenken hoe we tegenstrijdig gedrag als ballistische beweging van elektronen kunnen verbinden, die ongetwijfeld wordt gezien in grafeen, met deze nieuwe kwantumgekte die voortkomt uit hun collectieve beweging. Een sterke aanpassing van ons begrip van de fysica is aan de orde."