Российские физики открыли новое необычное свойство графена

МОСКВА, 22 июл – РИА Новости. Ученые из Новосибирска нашли возможное объяснение многим странностям в том, как графен проводит электрический ток, изучая поведение и взаимодействие электронов внутри этого плоского материала. Их выводы были изложены в статье, опубликованной в журнале Physica E.

Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, соединенных между собой структурой химических связей, напоминающих по своей геометрии структуру пчелиных сот. Константин Новоселов и Андрей Гейм, работающие в Великобритании выходцы из России, получили Нобелевскую премию 2010 года по физике за создание этого материала.

Он обладает массой парадоксальных и уникальных свойств. К примеру, графен проводит электрический ток и тепло лучше, чем металлы, несмотря на его абсолютно малую толщину, невероятно прочен и прозрачен для видимого света, а также он обладает крайне необычными полупроводниковыми свойствами в комбинации с другими "плоскими" материалами.

Многие из этих удивительных качеств графена ученые связывают с тем, что электроны внутри этого "нобелевского углерода" ведут себя не так, как носители заряда в обычных "трехмерных" материалах. По сути, электроны в нем движутся практически беспрепятственно, крайне редко сталкиваясь с "соседями", а их поведением управляют законы квантовой механики.

Как правило, изучая свойства проводников, ученые обычно просчитывают не движение одиночных электронов, а квазичастиц, своеобразных конгломератов носителей заряда, взаимодействующих между собой и с ионами в кристаллической решетке металлов и атомами "нобелевского углерода".

Сегодня физики предполагают, что в случае с графеном эти виртуальные носители заряда похожи по своим свойствам на экзотические заряженные частицы, движущиеся почти со скоростью света.

«

"Высокая электропроводимость графена определяется тем, что он существенно отличается по спектру заряженных квазичастиц от металлов и полупроводников. Чтобы продвинуться в понимании его свойств, мы сосредоточились на изучении взаимодействия носителей заряда в графене", — рассказывает Иван Терехов, старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН.

Для решения этой задачи Терехов и его коллеги создали набор уравнений, описывающий взаимодействия одиночных электронов и учитывающий то, что на их поведение влияют соседние ионы. Используя эти выкладки, ученые просчитали последствия подобных встреч частиц, расположенных на разных энергетических уровнях, и раскрыли несколько эффектов, которые они не ожидали увидеть.

К примеру, ученые показали, что если разница в энергии электронов будет достаточно большой, то они будут не отталкиваться друг от друга, а начнут притягиваться и даже могут формировать локализованные состояния, экзотические долгоживущие структуры, похожие по свойствам на своеобразные атомы и молекулы.

Как возникает часть подобных структур и существует ли она в реальности, физики пока не могут сказать. С другой стороны, их существование, по мнению ученых, может объяснять многие аномальные свойства графена. Эти структуры, благодаря их долгому времени жизни, в принципе можно будет зафиксировать в ходе экспериментов, чем могут заняться коллеги-экспериментаторы ученых из Новосибирска.