Historyczna obserwacja zachowania elektronów wykazuje coś niebywałego na temat grafenu

Potraktowanie niektórych materiałów światłem zapewnia im szereg przydatnych właściwości. W grę wchodzi na przykład zmiana ich przewodności elektrycznej wywoływana tzw. fotorezystancją. Jednym z takich materiałów jest grafen, któremu inżynierowie poświęcili niedawno bardzo wiele uwagi.
Historyczna obserwacja zachowania elektronów wykazuje coś niebywałego na temat grafenu

Za poświęconymi temu materiałowi ustaleniami stoją przedstawiciele National University of Singapore. O szczegółach piszą na łamach Nature Nanotechnology, zwracając uwagę na fakt, iż w domieszkowanym grafenie metalicznym wspomniany fenomen zachodzi na nawet większą skalę. W toku eksperymentów członkowie zespołu badawczego wystawili ten materiał na działanie promieniowania terahercowego.

Czytaj też: Nowe akumulatory EV ładują się 10 razy szybciej niż standardowe

Efek? Okazało się, że elektrony Diraca w grafenie zostały niejako pobudzone do rozpoczęcia transportu. Jak zauważył Denis Bandurin, w oparciu o zgromadzone informacje on i jego współpracownicy zyskali pewność, że dotychczas uznawane modele dotyczące zachowań elektronów nie do końca odzwierciedlają właściwości niektórych materiałów. Jest to szczególnie zauważalne, gdy mówimy o świecie kwantowym.

Ta niedokładność po części wynikała z faktu, że elektrony były rozpatrywane jako niezależne cząstki, mogące przywodzić na myśl atomy w gazie. Takie nadmierne uproszczenie sprawiało, że rzeczone modele nie w pełni nadawały się do opisywania zjawisk obserwowanych w materiałach kwantowych. W świetle najnowszych ustaleń widzimy natomiast, że w konkretnych warunkach elektrony w materiałach pokroju grafenu zachowują się w sposób kolektywny niczym ciecz. Prowadzi to do sytuacji, w której ​​oddziałują na siebie. 

Odpowiednio zmodyfikowany grafen, który został poddany działaniu promieniowania terahercowego, wykazał przydatne z punktu widzenia praktycznych zastosowań zachowanie

Jednym z głównych aspektów ostatnich badań było uzyskanie odpowiedzi na pytanie o to, czy lepki przepływ elektronów zachodzący w grafenie może być kluczem do wykrywania promieniowania terahercowego. Takie fale, występujące w zakresie pomiędzy mikrofalami a podczerwienią, są trudne do wykrycia. Gra jest zarazem warta świeczki ze względu na szereg potencjalnych zastosowań.  Gdyby udało się spełnić postawione założenia, to inżynierowie uzyskaliby szybki detektor przeznaczony dla promieniowania terahercowego.

Początkowo autorzy badań wykorzystali próbki grafenu jednowarstwowego z dodatkowymi elektronami. Tym sposobem sprawili, że zachowywały się one nieco jak metale. Dalsza obróbka była konieczna ze względu na fakt, iż przewodnictwo elektryczne grafenu nie jest wrażliwe na ogrzewanie za pomocą promieniowania terahercowego. Wprowadzone modyfikacje pozwoliły na śledzenie zmian w ruchu elektronów i oporze elektrycznym wewnątrz grafenu w czasie interakcji z opisywanym promieniowaniem. 

Czytaj też: Precyzyjny jak chirurg, silny jak atleta. Poznajcie Iron, nowego robota z Chin

Obserwacje wykazały, iż wpływ promieniowania na próbki przejawiał się spadkiem lepkości ich płynnych elektronów. To z kolei zapewniało sprawniejszy przepływ przez materiał, cechujący się ograniczonym oporem. Urządzenia wykorzystujące ten fenomen mogłyby posłużyć do identyfikacji zmian w przewodności elektrycznej przy ekstremalnie dużych prędkościach. Jakie zastosowania w codziennym życiu mogłoby to obejmować? Chociażby rozwój technologii komunikacji bezprzewodowej nowej generacji, narzędzi nawigacyjnych dla pojazdów autonomicznych i instrumentów pozwalających na generowanie obrazów astronomicznych o wysokiej rozdzielczości.