科学家在石墨烯中发现“超级弹性”电子

物理学家组织网23日报道，因成功制备单原子层厚度石墨烯而获得诺贝尔物理学奖的安德烈·海姆团队观察了石墨烯中电子的运动行为和导电机理，并阐述了对这种导电材料物理特性的新认识。结果发表在最新一期的《自然物理学》上。

石墨烯比铜具有更高的导电性，部分原因是它独特的二维结构。在大多数金属中，导电性受到晶体缺陷的限制。当电子穿过物质时，它们像台球一样频繁地散射。在纳米电子输运理论中，朗道-精品电导公式对这种弹性电子散射特性的描述表明，普通导电材料在提高电导率方面面临着严格的限制。

然而，由海姆领导的英国曼彻斯特大学研究小组的最新结果表明，石墨烯材料可能打破了这一基本限制。在英国国家石墨烯研究所进行的实验观察为石墨烯中电子流的特殊行为提供了基本的理解。包括曼彻斯特大学在内的三个不同团队的实验表明，电子在一定温度下相互碰撞，并开始像粘性液体一样频繁流动。

海姆说:“教科书上说额外的障碍总是会产生额外的阻力，但是在这种情况下，随着温度的升高，电子散射造成的障碍实际上降低了阻力，电子像液体一样流动的速度比它们在真空中*传播的速度快。这种独特的现象完全违背了直觉！”

通常散射事件会降低材料的导电性，但这一观察推翻了常识——一些电子粘在石墨烯晶体的边缘附近，它们的动能耗散最高，运动最慢。与此同时，它们保护附近的电子不与这些区域碰撞，使得其他电子在这些“朋友”的帮助下变得超级灵活，流动顺畅，大大提高了它们的导电性。

更重要的是，通过研究电阻如何随温度变化，科学家们发现了一个新的物理量——粘性电导。对其进行反复测试甚至定性研究，对于指导未来纳米级电子电路的设计和进一步理解石墨烯材料都非常有帮助。