Sciencemag.cz
Doporučujeme
Na izraelském Weizmannově institutu se vědcům podařilo zobrazit, jak vlastně elektrony protékají grafenem. Výsledek – skutečně jde o „kapalinu“, což se tedy předpokládalo a o toto zvláštní chování elektronů se opírá i očekávání, že grafen se stane základem elektroniky budoucnosti.
I když mluvíme o elektrickém proudu, v běžném vodiči se elektrony pohybují spíše jako plyn než kapalina, náhodně a nekoordinovaně. Sice na sebe elektricky působí, ale jejich chování mnohem více než vzájemné odpuzování ovlivňují (víceméně náhodné) srážky s atomy vodiče, včetně obsažených nečistot, kazů v krystalových mřížkách apod.
V případě grafenu se uvádí, že elektrony se v něm mohou pohybovat prakticky téměř rychlostí světla, mají prakticky nulovou efektivní hmotnost apod. Vědci nyní toto chování dokázali zobrazit. Na Weizmannově institutu za tímto účelem vyvinuli speciální detektor, nanotranzistor na bázi uhlíkových nanotrubiček, který měl k zachycení vlastností proudících elektronů potřebnou citlivost.
Detektor byl pak použit spolu se zařízeními, které z grafenu vyvinula skupina Andre Geima (spoluobjevitel grafenu a nositel Nobelovy ceny za fyziku) z University of Manchester. Tato zařízení jsou tvarována do podoby kanálů, které vedou proudící elektrony podobně jako trubka. Detektor pak zachytil, že elektrony zde mají opravdu vlastnosti popisované hydrodynamikou, například uprostřed kanálu tečou rychleji než podél jeho stěn (tzv. Poiseuillův, parabolický profil proudu). Očekávalo se to, ale dosud se tento předpoklad zakládal na nepřímých metodách a simulacích. Příslušné „hydrodynamické“ vlastnosti logicky odpovídají nízkému odporu, a tedy slibují elektroniku, která by si mj. vystačila s nízkou spotřebou.
Ani u grafenu ale hydrodynamický proudový profil nevzniká automaticky. Za nižších teplot spolu elektrony prakticky neinteragují, takže rychlost elektronů uprostřed kanálu a podél stěn je prakticky stejná. V elektronice pracující za běžných teplot lze již ale s elektronovým hydrodynamickým jevem počítat.
Lior Ella et al. Simultaneous voltage and current density imaging of flowing electrons in two dimensions, Nature Nanotechnology (2019). DOI: 10.1038/s41565-019-0398-x
Joseph A. Sulpizio et al. Visualizing Poiseuille flow of hydrodynamic electrons, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1788-9
Zdroj: Weizmann Institute of Science/Phys.org
