Жидкоподобный графен может быть ключом к пониманию черных дыр

На модерации Отложенный

Исследователи из Гарвардского университета и Raytheon BBN Technology обнаружили, что заряженные частицы внутри высокочистого графена ведут себя как жидкости с релятивистскими свойствами.

 
Это открытие может привести к устройствам, которые эффективно преобразовывают тепло в электричество, а также чипам на основе графена, которые могут точно моделировать поведение далеких небесных объектов, таких как сверхновые и черные дыры.
 
Графен является чрезвычайно легким, жестким, очень пластичным и прочным проводником тепла и электричества. Этот уникальный набор функций предполагает, что он может заменить кремний в электронике и литий в батареях с высокой плотностью - или, свернутый в углеродные нанотрубки, он может даже помочь создать что-то дурацки амбициозное, как космический лифт.
 
Создать графен достаточно просто: все, что нужно - это кусок клейкой ленты, чтобы очищать кристаллы графита снова и снова до одного слоя. Но так как конечный продукт имеет толщину всего в один атом, изучать свойства графена в изоляции не так-то просто.
 
Исследователи во главе с профессором Филиппом Кимом теперь нашли способ изолировать графен высокой чистоты и использовали его, чтобы обнаружить еще одно замечательное свойство этого чудо-материала.
 
Впервые в металле ученые обнаружили, что частицы, несущие заряд в графене, ведут себя как жидкость, и вместо того, чтобы избегать друг друга, частицы сталкиваются триллионы раз в секунду.
 
 
Ким и его коллеги впервые выделили образец чистого графена, защищая его слоями гексагонального нитрида бора, изолирующего прозрачного кристалла, также известного как «белый графен» из-за аналогичных свойств и атомной структуры. Затем ученые покрыли концы листа графена заряженными частицами и наблюдали, как заряд тек, когда они применяли тепловые и электрические токи.
 
Когда большинство материалов подвергаются воздействию электрического поля, их отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные «электронные дырки» разбегаются в противоположных направлениях; в отличие от этого, разница в температуре заставляет оба типа зарядов перемещаться в одном направлении. В любом случае, заряженные частицы почти никогда не взаимодействуют друг с другом.
 
Однако, Ким и его коллеги обнаружили, что внутри графена высокой чистоты дела обстоят совершенно иначе. Двумерная природа и сотовая структура материала заставляет заряженные частицы путешествовать одни и теми же путями и сталкиваться очень часто, образуя сильно взаимодействующую, квази-релятивистскую плазму, известную как жидкость Дирака.
 
"Физику, которую мы обнаружили, изучая черные дыры и теорию струн, мы видим в графене," - сказал Эндрю Лукас, соавтор исследования. - "Это первая модель системы релятивистской гидродинамики в металле."
 
Это может означать, что чипы на основе графена, уже являющиеся перспективными кандидатами для следующего поколения ультратонкой электроники, могут не только принести нам гораздо более быструю вычислительную мощность, но и помочь ученым понять сложные квантовые явления, которые происходят внутри небесных объектов на другом конце нашей вселенной.
 
С точки зрения потребительских приложений, графен высокой чистоты также может быть отличным вариантом для создания эффективных термоэлектрических устройств, которые преобразовывают тепло в электрический ток (и наоборот) с минимальными потерями энергии - например, для создания легкой схемы, вплетенной в одежду, которая превращает тепло тела в заряд для смартфона.