液态石墨烯可能利于我们更好理解黑洞

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哈佛大学和雷神公司BBN Technology的科学家在我们对石墨烯基本特性的理解上取得了突破,首次观察到了行为似流体的金属中的电子
哈佛大学和雷神公司BBN Technology的科学家在我们对石墨烯基本特性的理解上取得了突破,首次观察到了行为似流体的金属中的电子

哈佛大学和Raytheon BBN Technology的研究人员发现,高纯度石墨烯内部的带电粒子表现为具有相对论性质的流体。这一发现可能会导致设备将热量有效地转化为电能,以及基于石墨烯的芯片可以准确地模拟遥远天体的行为,例如超新星和黑洞。

石墨烯极轻且 坚固,是热和电的良导体,并且非常坚硬且非常易延展。这组独特的功能表明它可以代替电子设备中的硅和高密度电池中的锂,或者将其卷成碳纳米管,甚至可以做一些愚蠢的野心勃勃的工作,如帮助制造出太空电梯

制作石墨烯非常简单,所需的是一条胶带,将石墨晶体一遍又一遍地剥离成单层。但是,由于最终产品只有一个原子厚,因此孤立地研究石墨烯的性能并不容易。

由菲利普·金(Philip Kim)教授领导的研究人员现在已经找到了一种分离高纯度石墨烯的方法,并已将其用于发现这种奇妙材料的另一个显着特性。科学家们首次发现,石墨烯中的带电荷粒子表现出流体的作用,在这种情况下,粒子相互碰撞而不是互相避免,其每秒碰撞数万亿次。

Kim和同事首先通过在六方氮化硼(一种绝缘的透明晶体,也称为“白石墨烯 “以其类似的性质和原子结构。然后,科学家所覆盖的石墨烯片具有带电粒子的(静止曝光)的端部和观察到的电荷如何流动,因为它们施加热和电流。

当大多数材料受到电场作用时,它们带负电的电子和带正电的“ 电子空穴 ”沿相反的方向被驱动。相反,温度差会导致两种类型的电荷向同一方向移动。无论哪种情况,带电粒子几乎都不会相互作用。

但是,正如Kim和同事发现的那样,高纯度石墨烯内部的情况大不相同。材料的二维性质和蜂窝结构迫使带电粒子沿着相同的路径传播并非常频繁地碰撞,从而形成了强相互作用的准相对论等离子体,称为狄拉克流体。

该研究的合著者安德鲁·卢卡斯(Andrew Lucas)表示:“我们是通过研究黑洞和弦理论发现的,我们正在石墨烯中看到它。” “这是金属中相对论流体动力学的第一个模型系统。”

这可能意味着,基于石墨烯的芯片,已经举行的下一代超薄电子产品的希望的候选,不仅能为我们带来更快的数字运算,还有助于科学家了解,发生在天体内部的复杂量子现象宇宙的另一端。

就消费者应用而言,高纯度石墨烯也可能是构建高效石墨烯的绝佳选择。 将电能转换成电流(反之亦然)而几乎没有能量损失的热电设备 -例如,创建编织到衣服中的轻型电路,将身体的热量转化为智能手机的电荷。

最新版的《科学》杂志上刊登了一篇详细介绍这项研究的论文


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