Elektron di graphene dapat bertindak seperti cairan yang sempurna, menentang hukum fisik yang mapan. Temuan ini maju baik sains fundamental dan teknologi kuantum potensial.
Selama beberapa dekade, fisikawan kuantum telah bergulat dengan pertanyaan mendasar: dapatkah elektron mengalir seperti cairan bebas resistansi yang sempurna yang diatur oleh konstanta kuantum universal? Mendeteksi negara yang tidak biasa ini telah terbukti hampir mustahil di sebagian besar bahan, karena cacat atom, kotoran, dan ketidaksempurnaan struktural mengganggu efek tersebut.
Mendeteksi cairan kuantum dalam graphene
Sebuah tim dari Departemen Fisika di Institut Sains India (IISC), bekerja dengan kolaborator di Institut Nasional Jepang untuk Ilmu Material, kini telah mengidentifikasi cairan elektron yang sulit dipahami dalam graphene – bahan yang terdiri dari satu lapisan atom karbon. Temuan mereka, dilaporkan Fisika Alamberikan jalur baru ke fisika kuantum dan konfirmasi peran graphene sebagai platform yang kuat untuk menyelidiki perilaku kuantum yang tidak biasa.
“Sungguh menakjubkan bahwa ada banyak hal yang harus dilakukan hanya pada satu lapisan graphene bahkan setelah 20 tahun penemuan,” kata Arindam Ghosh, profesor di Departemen Fisika, IISC, dan salah satu penulis penelitian yang sesuai.
Para peneliti menghasilkan sampel graphene yang sangat bersih dan memantau konduksi listrik dan termal. Yang mengejutkan mereka, mereka mengamati bahwa kedua sifat bergerak ke arah yang berlawanan: ketika konduktivitas listrik naik, konduktivitas termal jatuh, dan sebaliknya. Hasil yang tidak terduga ini mengungkapkan keberangkatan yang mencolok dari undang-undang Wiedemann-Franz, aturan terkenal dalam fisika logam yang menyatakan kedua konduktivitas harus secara langsung proporsional.
Dalam sampel graphene mereka, tim IISC mengamati penyimpangan yang kuat dari undang -undang ini dengan faktor lebih dari 200 pada suhu rendah, menunjukkan decoupling mekanisme muatan dan konduksi panas. Decoupling ini, bagaimanapun, bukan peristiwa acak-ternyata konduksi muatan dan panas dalam kasus ini bergantung pada konstanta universal yang tidak tergantung material yang sama dengan kuantum konduktansi, nilai mendasar yang terkait dengan pergerakan elektron.
Cairan Dirac dan keadaan materi yang eksotis
Perilaku eksotis ini muncul pada “titik Dirac,” titik kritis elektronik yang tepat – dicapai dengan mengubah jumlah elektron dalam material – di mana graphene bukanlah logam atau isolator. Dalam keadaan ini, elektron berhenti bertindak sebagai partikel individu dan sebaliknya bergerak bersama seperti cairan, seperti air tetapi seratus kali lebih sedikit kental.
“Karena perilaku seperti air ini ditemukan di dekat titik Dirac, itu disebut cairan Dirac-keadaan materi yang eksotis yang meniru quark-gluon plasmasup partikel subatomik yang sangat energik yang diamati dalam akselerator partikel di CERN”Kata Aniket Majumdar, penulis pertama dan mahasiswa PhD di Departemen Fisika. Tim ini juga mengukur viskositas cairan Dirac ini dan menemukannya minimal kental, yang paling dekat dengan cairan yang sempurna.
Temuan ini menetapkan graphene sebagai platform berbiaya rendah yang ideal untuk menyelidiki konsep-konsep dari fisika berenergi tinggi dan astrofisika, seperti termodinamika lubang hitam dan penskalaan entropi keterikatan, dalam pengaturan laboratorium.
Dari perspektif teknologi, keberadaan cairan Dirac dalam graphene juga memiliki potensi yang signifikan untuk digunakan dalam sensor kuantum yang mampu memperkuat sinyal listrik yang sangat lemah dan mendeteksi medan magnet yang sangat lemah.
Referensi: “Universalitas dalam Aliran Kritis Kuantum dan Panas di Ultrachlean Gragene” oleh Aniket Majumdar, Nisarg Chadha, Pritam Pal, Akash Gugnani, Bhaskar Ghawri, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Subroto Mukerjee dan Arindame, 13 Agustus, 13 Agustus, Subroto Mukerjee dan Arindame, 13 Agustus, Subroto Mukerjee dan Arindame, 13 Agustus, Subroto, dan Arindame, Subroto Mukerjee, dan Arindame, Subroto, dan Arindame, 13 Agustus, Subroto, Subroto, dan Arindame, Subroto, 13 Agustus, 13 Agustus, 13 Agustus Fisika Alam.
Dua: 10.1038/S41567-025-02972-Z
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.
BN Babel
