Pengecualian untuk Hukum Ohm? Graphene membuat elektron bertindak seperti cairan kental dengan 'resistansi negatif'

Ketertarikan yang berlawanan. Itu salah satu aturan dasar yang menjelaskan mengapa listrik dan magnet melakukan apa yang mereka lakukan. Magnet dan muatan memiliki dua 'rasa' yang kita sebut kutub, seperti muatan menolak, dan polaritas listrik sistem menentukan ke arah mana arus akan mengalir. Kecuali - rupanya graphene memberi tanda bintang setelah persamaan Maxwell.

Dua tim fisikawan baru saja menemukan bukti bahwa graphene membuat elektron bertindak kurang seperti pembawa muatan yang bergerak dengan kecepatan relativistik dan lebih seperti cairan kental, mengalir melawan arus listrik di pusaran dan pusaran air seperti yang ada di tepi sungai. Properti itu membuat elektron mengalir melawan polaritas listrik dalam fenomena yang oleh fisikawan disebut sebagai 'resistansi negatif', dan sebagai Fisika Alam dan Ilmu laporkan, kami akhirnya melihatnya terjadi pada suhu kamar.

Resistensi negatif

Graphene memiliki penampang aneh sifat elektromagnetik, termasuk konduktansi tinggi dan resistansi rendah, seperti logam. Tidak seperti logam, graphene melakukan beberapa hal yang benar-benar aneh pada elektron yang melewatinya. Saat Anda mengalirkan arus melalui kabel, sebagian besar bergerak dalam aliran laminar yang mulus, dengan cara yang biasa kita sebut 'balistik'. Ketidaksempurnaan material adalah gaya defleksi dominan yang menyebabkan turbulensi ke dalam sistem, dan itu adalah efek kecil.



Kami mengira graphene bertindak dengan cara yang sama, dengan satu-satunya defleksi elektron yang terjadi di persimpangan pada lembaran. Namun, ketika Anda menerapkan tegangan ke pita graphene, hanya beberapa arus yang bergerak dalam aliran Ohmic laminar yang dapat diprediksi. Profesor Leonid Lebitov dari MIT dan Profesor Gregory Falkovich dari Institut Sains Weizmann Israel menunjukkan bahwa beberapa di antaranya menunjukkan resistansi negatif: Alih-alih memperlambat elektron dan menghilangkan energinya melalui panas seperti pada resistor Ohmic, elektron dibelokkan dan diikat dalam pusaran kecil yang bergerak melawan polaritas listrik sistem, seperti cairan kental.

Andre Geim, seorang profesor fisika materi terkondensasi di Universitas Manchester, menjalankan ide itu dan mengukur viskositas yang diamati di pusaran. Dia dan timnya 'mendeteksi pusaran yang diprediksi oleh kelompok Levitov dan menunjukkan bahwa cairan elektron dalam graphene 100 kali lebih kental daripada madu, bertentangan dengan kepercayaan universal bahwa elektron berperilaku seperti gas.'

Gambar 1 - Arus arus dan peta potensial untuk aliran kental dan ohmik - dari Fisika Alam

Sifat elektrodinamik Graphene menyebabkan aliran arus kental, menciptakan pusaran air kecil yang menyebabkan elektron bergerak melawan polaritas listrik. Garis putih menunjukkan aliran arus, warna menunjukkan potensi listrik, dan panah hijau menunjukkan arah arus, untuk aliran kental (panel atas) dan normal (ohmik, panel bawah). Gambar: Fisika Alam

Penelitian ini sangat baru sehingga kami bahkan belum yakin bagaimana menerapkan temuannya. Salah satu implikasi potensial adalah bahwa perpindahan panas sangat digabungkan dengan transfer muatan, jadi mungkin akan ada fenomena konduktansi termal yang terkait untuk diungkap di sini. Sebagaimana dicatat dalam Alam, “Aliran kental (elektron) menghasilkan pola pemanasan yang sangat kompleks dengan titik panas intens di dekat kontak dan bercak berbentuk busur dingin di pusaran yang dikelilingi oleh daerah yang lebih hangat.”

Gambar 3 - pola pemanasan untuk aliran kental dan ohmik - Fisika Alam

Panah putih menunjukkan arah arus. Aliran kental menunjukkan pola pemanasan yang sangat kompleks. Aliran ohmik (bawah) menunjukkan laju produksi panas yang pada dasarnya tidak berbentuk yang membusuk secara monoton menjauh dari kontak. Gambar: Fisika Alam

Eksperimen ini menandai pertama kalinya kami dapat secara langsung mengamati efek kimia graphene yang telah lama diprediksi ini. Terlebih lagi, mereka menawarkan jendela ke dalam implikasi skala makro dari fisika kuantum. Sementara efek kuantum biasanya tidak signifikan pada skala yang lebih besar dari partikel individu, di lingkungan graphene mereka memainkan peran dominan, kata Profesor Levitov via Berita MIT. Dalam setelan ini, 'kami menunjukkan bahwa (cara pembawa muatan bergerak) memiliki perilaku kolektif yang mirip dengan cairan lain yang sangat berinteraksi, seperti air'. Mengingat betapa sulitnya graphene untuk diproduksi dalam jumlah, mungkin kita tidak akan tahu bagaimana menggunakannya sampai kita dapat membuatnya cukup untuk digunakan.

Sekarang bacaApa itu graphene?

Artikel asli (keduanya paywall) ada dihttp://dx.doi.org/doi:10.1126/science.aad0201 danhttp://dx.doi.org/doi:10.1038/nphys3667.

Copyright © Seluruh Hak Cipta | 2007es.com