Cluj 11°C
Timișoara 12°C
Iași 8°C
Constanța 12°C
Grafenul sfidează gravitația: O lege a fizicii, dată peste cap de cercetători
Grafenul, un material despre care se știa multe, pare să sfideze una dintre legile fundamentale ale fizicii, potrivit cercetătorilor. Studiul, publicat recent, sugerează că grafenul, un strat extrem de subțire de atomi de carbon, poate încălca legea Wiedemann-Franz, care stabilește o relație directă între conductivitatea electrică și cea termică într-un metal. Descoperirea deschide noi căi în cercetarea fenomenelor cuantice.
De zeci de ani, fizicienii se străduiesc să înțeleagă comportamentul electronilor ca un fluid perfect, fără frecare. Experimentele au fost dificile din cauza imperfecțiunilor existente în materiale, chiar și la nivel atomic. Acum, o echipă de cercetători de la Institutul Indian de Știință, împreună cu specialiști de la Institutul Național pentru Știința Materialelor, a observat acest comportament în grafen.
O contradicție flagrantă
Pentru a ajunge la aceste rezultate, cercetătorii au folosit mostre de grafen extrem de pure și au măsurat cu precizie modul în care acestea conduc electricitatea și căldura. Rezultatele au fost surprinzătoare. Cele două proprietăți nu au evoluat împreună, ci în direcții opuse. Conductivitatea electrică creștea, în timp ce cea termică scădea.
Această observație contrazice direct legea Wiedemann-Franz. Această lege spune că, într-un metal, transportul de căldură și cel de electricitate sunt proporționale. Diferențele constatate au fost de peste 200 de ori la temperaturi scăzute.
Electroni în stare de fluid
Fenomenul apare într-o stare specială a grafenului, cunoscută sub numele de „punctul Dirac”. Aici, materialul se află la limita dintre conductor și izolator. În aceste condiții, electronii nu mai acționează individual, ci colectiv, ca un fluid. Aniket Majumdar, autorul principal al studiului, a explicat că acest comportament asemănător apei apare în apropierea punctului Dirac, numit fluid Dirac. Acesta este o stare exotică a materiei care imită plasma quarc-gluon, observată în acceleratoarele de particule de la CERN.
Cercetătorii au descoperit că acest “fluid” are o vâscozitate extrem de scăzută, apropiindu-se de idealul unui fluid perfect. Această descoperire ar putea avea aplicații practice, inclusiv în dezvoltarea unor senzori cuantici extrem de sensibili, capabili să detecteze semnale electrice foarte slabe sau câmpuri magnetice fine.
