Учени от Новосибирск са намерили възможно обяснение за много от странностите в това как графенът провежда електрически ток чрез изучаване на поведението и взаимодействието на електроните в този плосък материал съобщава РИА НОВОСТИ. Техните открития са представени в статия, публикувана в списание Physica E.
Константин Новоселов и Андрей Гейм, които работят във Великобритания, получиха Нобелова награда за физика за 2010 г. за създаването на този материал.
Той има маса от парадоксални и уникални свойства. Например, графенът провежда електрически ток и топлина по-добре от металите, въпреки неговата абсолютно малка дебелина (от един атом), е изключително трайна и прозрачна за видимата светлина, а също така има изключително необичайни свойства на полупроводник.
Учените приписват много от тези удивителни качества на графена на факта, че електроните вътре в този „Нобелов въглерод“ се държат различно от носителите на заряд в обикновените „триизмерни“ материали. Всъщност, електроните в него се движат почти безпрепятствено, изключително рядко се сблъскват със „съседите си“ и тяхното поведение се управлява от законите на квантовата механика.
Като правило, изучавайки свойствата на проводниците, учените обикновено изчисляват не движението на единични електрони, а квазичастици, специфични конгломерати на носители на заряд, взаимодействащи помежду си и с йони в кристалната решетка на метали и атоми.
Днес физиците приемат, че в случая на графен, тези виртуални носители на заряд са сходни по своите свойства с екзотични заредени частици, движещи се почти със скоростта на светлината.
Високата електрическа проводимост на графена се определя от факта, че тя значително се различава в спектъра на заредените квазичастици от метали и полупроводници. За да се разберат неговите свойства, ние се фокусирахме върху изследването на взаимодействието на носителите на заряд в графена“, казва Иван Терехов, старши изследовател в Института по ядрена физика СО РАН.
За да решат този проблем, Терехов и колегите му създадават набор от уравнения, описващи взаимодействията на отделни електрони, като се има предвид, че съседните йони влияят на тяхното поведение. Използвайки тези изчисления, учените са изчислили последиците от такива сблъсъци на частици, разположени на различни енергийни нива, и са разкрили няколко ефекта, които не са очаквали да видят.
Например, учените показват, че ако разликата в енергията на електрона е достатъчно голяма, те няма да се отблъскват, а ще започнат да привличат и дори да образуват локализирани състояния, екзотични дългоживеещи структури, които са сходни по свойство със специфични атоми и молекули.
Как възниква част от тези структури и дали тя съществува в действителност, физиците все още не могат да кажат. От друга страна, тяхното съществуване, според учените, може да обясни много от аномалните свойства на графена. Поради дългия им живот тези структури могат по принцип да бъдат фиксирани в хода на експериментите, което могат да бъдат направени от експериментални колеги от Новосибирск.