Μια ιστορική ανακάλυψη από ερευνητές του Ινστιτούτου Επιστήμης της Ινδίας (IISc) και του Εθνικού Ινστιτούτου Επιστήμης Υλικών της Ιαπωνίας φέρνει στο φως μια εξωτική κατάσταση της ύλης.
Οι επιστήμονες παρατήρησαν τα ηλεκτρόνια στο γραφένιο να ρέουν σαν ένα υγρό σχεδόν χωρίς τριβές, παραβιάζοντας έναν από τους βασικότερους νόμους της κλασικής φυσικής που διέπει τα μέταλλα εδώ και δεκαετίες.
Η κατάρρευση του νόμου Wiedemann-Franz
Ο νόμος Wiedemann-Franz ορίζει ότι στα μέταλλα η θερμική και η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι ανάλογες μεταξύ τους. Ωστόσο, στο γραφένιο, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι σε χαμηλές θερμοκρασίες οι δύο αυτές ιδιότητες κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις: καθώς η ηλεκτρική αγωγιμότητα αυξανόταν, η θερμική έπεφτε.
Η απόκλιση από τον νόμο ήταν πάνω από 200 φορές μεγαλύτερη από το αναμενόμενο, αποκαλύπτοντας έναν πλήρη διαχωρισμό στον τρόπο με τον οποίο το φορτίο και η θερμότητα μεταφέρονται μέσα στο υλικό.
Το υγρό Dirac και τα ηλεκτρόνια χωρίς τριβές
Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει στο λεγόμενο «σημείο Dirac», όπου το γραφένιο βρίσκεται στο μεταίχμιο μεταξύ μετάλλου και μονωτή. Σε αυτή την κατάσταση, τα ηλεκτρόνια σταματούν να συμπεριφέρονται ως μεμονωμένα σωματίδια και κινούνται συλλογικά, δημιουργώντας το «υγρό Dirac».
Αυτό το κβαντικό υγρό παρουσιάζει εξαιρετικά χαμηλό ιξώδες, καθιστώντας το ένα από τα πιο τέλεια ρευστά που έχουν παρατηρηθεί ποτέ στη φύση, θυμίζοντας το πλάσμα κουάρκ-γλουονίων που μελετάται σε επιταχυντές σωματιδίων όπως το CERN.
Νέοι ορίζοντες στην κβαντική τεχνολογία
Η ανακάλυψη αυτή μετατρέπει το γραφένιο σε ένα προσβάσιμο εργαστηριακό εργαλείο για τη μελέτη ακραίων φαινομένων της αστροφυσικής, όπως η θερμοδυναμική των μαύρων τρυπών.
Παράλληλα, η ύπαρξη του υγρού Dirac ανοίγει τον δρόμο για τη δημιουργία κβαντικών αισθητήρων υψηλής ευαισθησίας, ικανών να ανιχνεύουν εξαιρετικά ασθενή μαγνητικά πεδία και ηλεκτρικά σήματα, προσφέροντας νέες δυνατότητες στις τεχνολογίες μέτρησης και ανίχνευσης.
