忘川水娱乐 2023/2/17
美国科学家们首次以纳米分辨率直接测量了石墨烯中类似流体的电子流。石墨烯是一种原子厚的碳薄片，呈蜂窝状排列，是一种特别纯的电导体，是研究电子流的理想材料，电阻非常低。研究人员有意在已知距离处添加杂质，并发现随着温度升高，电子流从气态变为液态。
“所有导电材料都含有杂质和缺陷，这些杂质和缺陷阻碍了电子流动，从而导致电阻，过去一直采用低分辨率的方法来识别电阻的来源。但是在这项研究中，我们描绘了电荷如何在杂质周围流动，并实际看到了杂质如何阻挡电流并导致电阻，这是以前从未做过的区分气体状和流体状电子流的工作。”科学家们解释说。
这些结果在开发新的低电阻材料方面具有实际应用价值，在这种材料中，电传输将更加有效。这项研究使用了一种称为扫描隧道电位法（STP）的技术和二维材料石墨烯。研究人员有意在石墨烯中引入障碍物，以可控的距离隔开，然后在石墨烯片上施加电流。使用STP，他们以纳米分辨率测量了石墨烯上所有点的电压，产生了电子流模式的2D图（较高的电压=更多的电子）。无论障碍物间距如何，在较高温度（77开尔文）下，通过通道的电压下降要比较低温度（4开尔文）低得多，这表明有更多的电子通过（电阻较低）。
“（对电压图）进行了定量分析，发现在较高的温度下，通道中的电阻要低得多。电子流动更自由，更像流体。石墨烯是如此干净，以至于我们迫使电子在与任何其他物质相互作用之前相互作用，这对于使它们像流体一样运行至关重要。在接近绝对零度的温度下，石墨烯中的电子表现得像一种气体：它们向各个方向扩散，并且更容易碰到障碍物，而不是相互作用。电阻更高，电子流相对低效。”科学家们解释说。
在更高的温度（77K或负196C）下，电子流的流体状行为意味着它们之间的相互作用比碰撞障碍物更大，就像水流在溪流中间的两块岩石之间。这就好像电子在互相传递障碍物的信息，并绕过岩石。电阻较低，电子流更有效。
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杂质和缺陷与电荷的作用与温度有关，温度高时，杂质和缺陷对电荷的斥力大于引力，向外部弯曲。杂质和缺陷与电荷有作用，说明它们之间是电磁力的作用。电荷之间也是电磁力的作用，引力和斥力能相互转换的。
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