נוזלי כמו גרפן יכול להיות המפתח להבנת חורים שחורים

Anonim

נוזלי כמו גרפן יכול להיות המפתח להבנת חורים שחורים

חומרים

דאריו בורגינו

16 בפברואר, 2016

מדענים בהארוורד וריית'און, BBN Technology, עשו פריצת דרך בהבנת התכונות הבסיסיות של גרפן, תוך התבוננות בפעם הראשונה באלקטרונים במתכת המתנהגת כמו נוזל (קרדיט: פיטר אלן / הרווארד SEAS)

חוקרים מאוניברסיטת הרווארד ורייתאון BBN טכנולוגיה גילו כי חלקיקים טעונים בתוך גראפן טוהר גבוהה מתנהגים כמו נוזל עם תכונות relativistic. ממצא זה עלול להוביל למכשירים הממירים ביעילות חום לחשמל, כמו גם שבבים מבוססי גרפן שיכולים לדגמן במדויק את ההתנהגות של עצמים שמימיים רחוקים כמו supernovas וחורים שחורים.

גרפן הוא קל וחזק מאוד, מנצח גדול של חום וחשמל, וגם נוקשה מאוד מאוד רקיע. זו קבוצה ייחודית של תכונות מציע שזה יכול להחליף את הסיליקון אלקטרוניקה ו ליתיום בצפיפות גבוהה סוללות - או, התגלגל צינורות פחמן, אולי אפילו לעשות משהו כמו שאפתני בטיפשות כמו לעזור לבנות מעלית החלל.

ביצוע גרפן הוא פשוט מספיק, כל מה שצריך זה חתיכת סרט דבק לקלף גבישים גרפיט שוב ​​ושוב עד שכבה אחת. אבל בגלל המוצר הסופי הוא רק אחד אטום עבה, ללמוד את המאפיינים של גרפן בבידוד לא היה כמעט קל.

חוקרים בראשות פרופ 'פיליפ קים מצאו כעת דרך לבודד גראפן טוהר גבוהה והשתמשו בו כדי לגלות עוד תכונה יוצאת דופן של חומר זה פלא. בפעם הראשונה במתכת, מדענים גילו כי חלקיקי הנשיאה בגראפן מתנהגים כנוזל, שם, במקום להתחמק זה מזה, חלקיקים מתנגשים טריליוני פעמים בשנייה.

קים ועמיתיו בודדו לראשונה מדגם של גראפן טהור על ידי הגנה על זה בין שכבות של ניטריד בורון משושה, גביש מבודד שקוף הידוע גם בשם "גרפן לבן " על תכונותיו הדומות ומבנה האטום שלו. לאחר מכן, המדענים כיסו את הקצוות (עדיין חשופים) של גיליון הגראפן עם חלקיקים טעונים וראו כיצד זרם הזרימה, כאשר הם מיישמים זרמים תרמיים וחשמליים.

כאשר רוב החומרים נתונים לשדה חשמלי, האלקטרונים טעונים שלילית שלהם טעונים חיובי "חורים אלקטרונים " מונעים בכיוונים מנוגדים; לעומת זאת, הבדל בטמפרטורה גורם לשני סוגי מטענים לנוע באותו כיוון. בכל מקרה, חלקיקים טעונים בקושי אי פעם לתקשר אחד עם השני.

כמו קים ועמיתיו גילו, עם זאת, הדברים הם שונים מאוד בתוך גראפן טוהר גבוהה. המבנה הדו-מימדי ומבנה חלת הדבש של החומר מאלצים את החלקיקים הטעונים לנוע לאורך אותם שבילים ולהתנגש לעתים קרובות מאוד, ויוצרים פלזמה רבת-עוצמה, קרובה-רלטיביסטית הידועה בשם נוזל דיראק.

"פיסיקה גילינו על ידי לימוד חורים שחורים ותורת המיתרים, אנו רואים בגראפן, " אמר אנדרו לוקאס, ממחברי המחקר. "זוהי מערכת מודל הראשון של hydrodynamics relativistic במתכת. "

זה יכול להיות כי שבבים מבוססי גרפן, שכבר הוחזקו כמועמדים מבטיחים לדור הבא של האלקטרוניקה הדקה במיוחד, לא רק יביאו לנו מספר רב יותר של קריסות, אלא גם יסייעו למדענים להבין את תופעות הקוונטים המורכבות המתרחשות בתוך עצמים שמימיים ב סוף אחר של היקום שלנו.

במונחים של יישומים צרכנים, גראפן טוהר גבוהה יכול גם להיות אופציה נהדרת לבנות התקנים thermoelectric יעיל להמיר חום לתוך זרם חשמלי (ולהפך) עם אובדן אנרגיה קטנה - למשל, יצירת מעגלים קלים ארוג לתוך בגדים שהופך חום הגוף תשלום עבור טלפונים חכמים שלנו.

מאמר נוסף המפרט את המחקר מופיע במהדורה האחרונה של כתב העת Science .

מקור: אוניברסיטת הרווארד

מדענים בהארוורד וריית'און, BBN Technology, עשו פריצת דרך בהבנת התכונות הבסיסיות של גרפן, תוך התבוננות בפעם הראשונה באלקטרונים במתכת המתנהגת כמו נוזל (קרדיט: פיטר אלן / הרווארד SEAS)