Графен, материал толщиной в один атом, продемонстрировал поведение, противоречащее фундаментальному закону физики. Это открытие не только бросает вызов нашему пониманию материи, но и открывает новые пути для изучения самых глубоких тайн Вселенной, от черных дыр до Большого взрыва.
Хорошо известный физический закон, безупречно работавший более 150 лет, дал сбой. Правило Видемана-Франца, гласящее, что хорошие проводники электричества являются также хорошими проводниками тепла, оказалось недействительным для одного из самых перспективных материалов современности. Виновником стал графен, который через двадцать лет после своего открытия продолжает удивлять ученых. Он повел себя совершенно непредсказуемо, заставив пересмотреть самые основы.
Материал с удивительными свойствами
Графен – это слой атомов углерода толщиной всего в один атом, впервые полученный в 2004 году учеными Андре Геймом и Константином Новоселовым. За свои новаторские усилия они получили Нобелевскую премию по физике в 2010 году. Этот двумерный материал сразу окрестили «чудо-материалом» за его уникальные характеристики:
- он прочнее стали;
- является лучшим проводником, чем медь.
Нарушение правил
В своем новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics, ученые из Индии и Японии доказали, что возможности графена еще далеко не исчерпаны. Они обнаружили, что в особом состоянии, называемом точкой Дирака – момент, когда материал не является ни металлом, ни изолятором – графен полностью игнорирует закон Видемана-Франца.
Вместо прямой зависимости, материал показал обратную: его теплопроводность возрастала, когда электропроводность падала, и наоборот. Это отклонение от закона было колоссальным – в 200 раз больше прогнозируемого.
«Космический суп» на Земле
В точке Дирака субатомная структура графена начинает вести себя как квантовая жидкость, практически не имеющая вязкости – так называемая «идеальная жидкость». Это состояние невероятно похоже на кварк-глюонную плазму – первоначальный суп Вселенной, существовавший доли секунды после Большого взрыва. Фактически, ученые получили возможность изучать условия ранней Вселенной, используя материал, лежащий у них на лабораторном столе.
Новые горизонты для науки и технологий
Это открытие превращает графен в доступную платформу для исследования сложных вопросов физики высоких энергий и астрофизики. Кроме того, его уникальные свойства могут быть использованы для создания сверхмощных квантовых сенсоров, способных обнаруживать чрезвычайно слабые магнитные поля. Подобные фундаментальные прорывы часто становятся двигателями технологических революций. И пока графен помогает нам понять законы Вселенной, другие открытия меняют наше видение будущего энергетики. Например, недавно исследователи из США обнаружили квазичастицу, которая может изменить энергетику будущего, открывая новые пути для передачи энергии практически без потерь.
Спустя двадцать лет после своего создания графен доказывает, что его потенциал еще далеко не раскрыт. Он является не просто материалом для будущих гаджетов, а уникальной лабораторией для проверки фундаментальных законов природы.
