Графен бросает вызов фундаментальному закону физики

Международная группа ученых впервые экспериментально обнаружила необычное состояние вещества в графене — так называемую квантовую «жидкость Дирака», в которой электроны ведут себя как единый поток. Работа была опубликована в журнале Nature Physics.

В ходе эксперимента ученые обнаружили эффект, противоречащий одному из основных законов физики – закону Видемана-Франца. По его словам, теплопроводность и электропроводность в металлах должны меняться последовательно. Однако в графене получилось наоборот: по мере увеличения электропроводности теплопроводность уменьшалась, и наоборот.

Отклонение оказалось более чем в 200 раз, что указывает на принципиально иной режим движения электронов. Такое поведение происходит в особой точке — так называемой точке Дирака, где материал находится на границе между проводником и изолятором. В этих условиях электроны перестают вести себя как отдельные частицы и начинают двигаться коллективно, как жидкость.

По мнению авторов работы, это состояние напоминает крайнюю форму материи — кварк-глюонную плазму, которую получают в экспериментах на ускорителях частиц, например в ЦЕРН. При этом «электронная жидкость» в графене имеет чрезвычайно низкую вязкость — практически предельную с точки зрения квантовой физики. Это делает его одним из наиболее близких к идеальной жидкости состояний, когда-либо наблюдавшихся в лаборатории.

Открытие не только расширяет понимание фундаментальных свойств материи, но и открывает путь к практическому применению. В частности, графен с такими свойствами может стать основой для создания высокочувствительных квантовых сенсоров и новых электронных устройств.

Авторы отметили, что дальнейшие исследования помогут лучше понять природу этого состояния и использовать его для изучения сложных квантовых процессов, ранее доступных только в экстремальных условиях.