Графен нарушил фундаментальный закон физики

Учёные из Индийского института науки (IISc) и Национального института материаловедения Японии обнаружили в графене экзотическое квантовое состояние материи, где электроны текут как почти идеальная жидкость. Это открытие нарушает закон Видемана — Франца, согласно которому теплопроводность и электропроводность в металлах пропорциональны.

В сверхчистых образцах графена исследователи наблюдали, что при росте электропроводности теплопроводность падала, и наоборот. Отклонения от классического закона превысили 200 раз при низких температурах, что указывает на разделение потоков заряда и тепла.

Этот эффект проявляется в так называемой «точке Дирака», где графен находится на грани между металлом и изолятором. Здесь электроны перестают вести себя как отдельные частицы и начинают двигаться коллективно, формируя «дираковскую жидкость». Её вязкость оказалась чрезвычайно низкой, что делает её одной из самых близких к идеальной жидкостей, когда-либо наблюдавшихся в эксперименте.

«Поскольку это водоподобное поведение обнаружено вблизи точки Дирака, его называют дираковской жидкостью — экзотическим состоянием материи, которое имитирует кварк-глюонную плазму, "суп" из высокоэнергетических субатомных частиц, наблюдаемый в ускорителях ЦЕРН», — пояснил первый автор исследования, аспирант Аникет Маджумдар.

Открытие делает графен доступной платформой для изучения явлений, характерных для экстремальных условий, таких как термодинамика чёрных дыр. Кроме того, наличие дираковской жидкости может привести к созданию высокочувствительных квантовых сенсоров для детектирования слабых магнитных полей и электрических сигналов.