Rewolucyjne odkrycia w grafenie. Naukowcy nie kryją zdziwienia
Przełomowe badania prowadzone na niezwykle czystych próbkach grafenu odsłoniły jego niecodzienne właściwości przewodnictwa. Odkryto, że grafen nie tylko łamie klasyczne zasady fizyki, ale może służyć do eksperymentów inspirowanych astrofizyką, w tym termodynamiką czarnych dziur. To dowód na to, jak dużo może jeszcze zaoferować zaledwie jedna warstwa atomów węgla.
Grafen to dwuwymiarowa, płaska struktura złożona z pojedynczej warstwy atomów węgla ułożonych w kształt przypominający plaster miodu. Po raz pierwszy wyprodukowany został w 2004 roku przez naukowców Andrieja Geima i Konstantina Nowosiołowa, którzy w 2010 roku otrzymali za swoje odkrycia Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Od tamtej pory grafen jest określany mianem "magicznego" materiału, ponieważ jest mocniejszy od stali i lepiej przewodzi prąd niż miedź. Teraz, po dwóch dekadach, grafen znajduje zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, a w przyszłości może odegrać kluczową rolę w nowych technologiach.
Grafen łamie podręcznikowe prawa fizyki
Niedawno odkryto, że gdy skład elektronowy w grafenie zostanie dostrojony do punktu Diraca - punktu krytycznego, w którym materiał nie jest ani metalem, ani izolatorem - struktura subatomowa zachowuje się jak płyn kwantowy. W tym stanie elektrony przestają zachowywać się jak pojedyncze cząsteczki i zamiast tego poruszają się razem, tak jak woda, ale sto razy mniej lepka.
Nowa praca naukowców z Indyjskiego Instytutu Nauki (IISc) w Bengaluru w Indiach oraz Narodowego Instytutu Materiałoznawstwa w Japonii dowodzi, że cuda grafenu nigdy nie ustały. Zespół stworzył wyjątkowo czyste próbki grafenu i prześledził, jak te materiały przewodzą jednocześnie prąd elektryczny i ciepło. Okazało się, że istnieje odwrotna zależność między tymi dwiema właściwościami: wraz ze wzrostem jednej wartości (przewodności elektrycznej), druga (przewodność cieplna) malała i odwrotnie. Wynika to z drastycznego naruszenia podręcznikowej zasady dotyczącej metali, prawa Wiedemanna-Franza, które mówi, że wartości przewodnictwa elektrycznego i cieplnego powinny być wprost proporcjonalne.
- To niesamowite, że po dwudziestu latach od odkrycia wciąż można tak wiele zdziałać na zaledwie jednej warstwie grafenu - mówi Arindam Ghosh jeden z autorów korespondencyjnych badania.
Nowe możliwości wykorzystania grafenu
Teraz grafen może być potencjalnie idealną i niedrogą platformą do badania koncepcji z zakresu fizyki wysokich energii i astrofizyki, takich jak termodynamika czarnych dziur i skalowanie entropii splątania, w warunkach laboratoryjnych.
