Grafen otkriva kvantnu tajnu!

Dugi niz godina jedna od najvećih zagonetki kvantne fizike ostala je bez odgovora. Mogu li se elektroni ponašati poput savršene tekućine bez trenja, kako je opisano univerzalnom kvantnom konstantom? Zbog nesavršenosti i nečistoća u materijalima, to je bilo izuzetno teško otkriti.

Istraživači s Indijskog instituta za znanost (IISc), u suradnji s japanskim Nacionalnim institutom za znanost o materijalima, sada su otkrili ovaj kvantni elektronski fluid u grafenu, jednoslojnom ugljikovom materijalu. Njihovi rezultati, objavljeni u časopisu Nature Physics, otvaraju nova vrata kvantnom svijetu i potvrđuju grafen kao idealnu platformu za istraživanje rijetkih kvantnih fenomena. „Nevjerojatno je koliko tajni krije jedan sloj grafena, čak i nakon 20 godina“, kaže profesor Arindam Ghosh s IISc-a.

Tim je stvorio iznimno čiste uzorke grafena i promatrao kako istovremeno provodi električnu energiju i toplinu. Iznenađujuće, otkrili su obrnutu proporciju: veća električna vodljivost značila je nižu toplinsku vodljivost. Pri niskim temperaturama otkrili su odstupanje od zakona više od 200 puta, što ukazuje na odvojene mehanizme za prijenos topline i naboja. Oba se temelje na univerzalnoj konstanti, naime kvantnoj vodljivosti.

Ovaj fenomen se javlja u „Diracovoj točki“, gdje grafen nije ni metal ni izolator. Tamo se elektroni kreću poput tekućine - slično vodi, ali sto puta manje viskozno. Ovo stanje, nazvano Diracova tekućina, podsjeća na kvark-gluonsku plazmu uočenu u CERN-u.

Grafen se tako pokazuje kao isplativa platforma za simulaciju fizike visokih energija i astrofizike. Diracova tekućina također obećava napredak u kvantnim senzorima za detekciju izuzetno slabih signala. To bi moglo biti vrlo korisno u praksi.