Графен – материал очень интересный. Вроде бы и известен он очень давно, поскольку карандашом люди научились пользоваться явно не вчера, а вроде и изучен он относительно мало. Вся история началась с того, что было обнаружено существование класса так называемых двумерных материалов. Это материалы толщиной всего в один атом. Одним из первых доступных для получения материалов такого типа (были и не совсем доступные – сложнейшая технология их получения сводила на нет возможность широкого изучения) был графен.
Материал обладает рядом интересных свойств, среди которых высокая прочность и хорошая электрическая проводимость. Все они, в общем-то, укладываются в какую-то логику материаловеда. Но есть ряд очень специфических свойств.
Было предположено, что материал может претендовать на звание квантового материала. Слой, толщиной всего в один атом, позволял рассчитывать на яркое проявление квантовых эффектов, которые могли бы повлиять на специфику использования материала. И если про «квантовость» материала ходит множество споров, поскольку никто до конца не понимает, влияют ли уже квантовые эффекты на специфику или же это магия тонких слоев, то про наличие очень интересных свойств отрицать сложно.
Одно из главных уникальных свойств графена – это так называемый линейный закон дисперсии электронов. Здесь проявляется интересная особенность, которая позволяет электронам вести себя так, как вели бы себя фотоны или любые другие безмассовые частицы. Для того, чтобы рассчитать энергию частицы (в нашем случае – электрона), следует использовать квадрат её импульса. В графене же энергия электронов будет пропорциональна самому импульсу.
Это называют релятивистским законом дисперсии. На практике это явление открывает широкую область для работы с проводимостью этого интересного материала и получать невероятные результаты. Интересное следствие – беспрепятственное туннелирование частицы через потенциальный барьер.
Следующий интересный момент – это совместное использование нескольких слоёв. Например, если положить несколько слоев графена друг на друга, то получится запрещенный слой. Таким образом можно сделать транзистор.
Запрещенный слой позволит включать и выключать его и работать в режиме, ожидаемом от транзистора. Чем это полезно для современной техники объяснять подробно, наверное, не потребуется. Представьте себе, что удалось сделать транзистор, толщина которого составляет всего 2-3 атомных слоя графита. Это позволит уменьшить размеры гаджетов, где транзисторы, собственно говоря, используются. Они есть, например, в каждом процессоре.
Но на этом сюрпризы от совместного использования слоев графена не заканчиваются. При использовании нескольких слоев, а главное - их разориентации под правильным углом, можно наблюдать эффект Холла.
Квантовый эффект Холла в графене – это эффект квантования холловского сопротивления или проводимости двумерного электронного газа или двумерного дырочного газа в сильных магнитных полях в графене.
Если упростить эту жуткую формулировку, то можно сказать, что на базе этого явления удалось добиться поведения графена как высокотемпературного сверхпроводника. Правда про «удалось добиться» я сказал слишком громко. Правильнее будет сказать, что получилось наблюдать такие свойства при подходящем взаимном расположении слоёв графена. Пока конкретный механизм сверхпроводимости в такой двухслойке выявить и объяснить не удалось.
Это только некоторые свойства графена, которые претендуют на квантовые. Будут ли в итоге они проявлением квантовых явлений в материале или найдут более простое объяснение пока до конца неясно. Так или иначе, интересных свойств у этого странного материала очень много и если мы наберем под статьей 300 лайков, то я расскажу про новые свойства.
🚧🚧🚧
⚡ Подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи!
✅ Подписывайтесь на канал в ДЗЕНе и обязательно возвращайтесь! Обновления выходят регулярно👀
👍 Ставьте лайк материалу, чтобы поддержать проект!