物理學(xué)家組織網(wǎng)23日?qǐng)?bào)道稱(chēng)，因成功制備單原子層厚石墨烯而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的安德烈·海姆團(tuán)隊(duì)，觀察到電子在石墨烯中違背常識(shí)的運(yùn)動(dòng)行為及導(dǎo)電機(jī)制，并闡述了對(duì)這種導(dǎo)電材料的物理學(xué)特性的全新認(rèn)識(shí)。成果發(fā)布在最新一期《自然·物理學(xué)》雜志上。

石墨烯導(dǎo)電性能比銅高，部分原因在于其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)。在大多數(shù)金屬中，電導(dǎo)率受到晶體缺陷的限制，當(dāng)電子通過(guò)材料時(shí)，會(huì)像臺(tái)球一樣頻繁散射。納米電子輸運(yùn)理論中，蘭道爾-布蒂克電導(dǎo)公式對(duì)此類(lèi)彈性電子散射特性的描述表明，正常導(dǎo)電材料要提升導(dǎo)電率，面臨嚴(yán)苛的限制。

但海姆領(lǐng)導(dǎo)的英國(guó)曼徹斯特大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的最新成果顯示，這一基本限制可能在石墨烯材料中被打破。在英國(guó)國(guó)家石墨烯研究所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)觀察，提供了對(duì)石墨烯中電子流的特殊行為的基本理解。包括曼徹斯特大學(xué)在內(nèi)的三個(gè)不同團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)表明，在某些溫度下，電子彼此碰撞，竟開(kāi)始頻繁地像黏性液體一樣流動(dòng)。

海姆表示：“教科書(shū)說(shuō)，額外的障礙總是產(chǎn)生額外的電阻，但在這種情況下，隨著溫度的升高，電子散射引起的障礙實(shí)際上卻降低了電阻，電子像液體那樣流動(dòng)的速度竟比在真空中自由傳播還快，這種獨(dú)特現(xiàn)象完全違背了直覺(jué)！”

通常散射事件會(huì)降低材料導(dǎo)電性，但此次觀察結(jié)果顛覆常識(shí)——一些電子黏滯在石墨烯晶體邊緣附近，其動(dòng)能耗散最高，移動(dòng)也最緩慢；同時(shí)，它們保護(hù)臨近的電子免于碰撞這些區(qū)域，導(dǎo)致另一些電子由于這些“朋友”的幫忙，彈性變得超級(jí)好，流動(dòng)起來(lái)順暢無(wú)比，傳導(dǎo)性能驟增。

更重要的是，通過(guò)研究電阻如何隨溫度變化，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的物理量——黏性電導(dǎo)，對(duì)其進(jìn)行的反復(fù)測(cè)試乃至定性研究，都十分有利于指導(dǎo)未來(lái)納米級(jí)電子電路的設(shè)計(jì)，有利于對(duì)石墨烯材料的深入理解。

總編輯圈點(diǎn)

這無(wú)疑是石墨烯研究進(jìn)程中的重大發(fā)現(xiàn)！幾十年前，科學(xué)家就在探討，金屬中高度黏性電子的流動(dòng)可能性。去年2月，海姆團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，石墨烯中的電子在常溫下同時(shí)兼具彈性和黏性。前者用于描述電子散射狀態(tài)，后者則為電子流動(dòng)能力“背書(shū)”。如今，本不相容的性質(zhì)，繼續(xù)在石墨烯中“榮辱與共”，共同書(shū)寫(xiě)微觀世界的“神話”。