Графен, матеріал товщиною в один атом, продемонстрував поведінку, що суперечить фундаментальному закону фізики. Це відкриття не лише кидає виклик нашому розумінню матерії, але й відкриває нові шляхи для вивчення найглибших таємниць Всесвіту, від чорних дір до Великого вибуху.
Добре відомий фізичний закон, що бездоганно працював понад 150 років, дав збій. Правило Відемана-Франца, яке стверджує, що хороші провідники електрики є також хорошими провідниками тепла, виявилося недійсним для одного з найперспективніших матеріалів сучасності. Винуватцем став графен, який через двадцять років після свого відкриття продовжує дивувати вчених. Він повівся абсолютно непередбачувано, змусивши переглянути самі основи.
Матеріал з дивовижними властивостями
Графен – це шар атомів вуглецю завтовшки всього в один атом, вперше отриманий у 2004 році вченими Андре Геймом та Костянтином Новосьоловим. За свої новаторські зусилля вони отримали Нобелівську премію з фізики у 2010 році. Цей двовимірний матеріал одразу охрестили «чудо-матеріалом» за його унікальні характеристики:
- він міцніший за сталь;
- є кращим провідником, ніж мідь.
Порушення правил
У своєму новому дослідженні, опублікованому в журналі Nature Physics, вчені з Індії та Японії довели, що можливості графену ще далеко не вичерпані. Вони виявили, що в особливому стані, який називається точкою Дірака – момент, коли матеріал не є ані металом, ані ізолятором – графен повністю ігнорує закон Відемана-Франца.
Замість прямої залежності, матеріал показав зворотну: його теплопровідність зростала, коли електропровідність падала, і навпаки. Це відхилення від закону було колосальним – у 200 разів більшим за прогнозоване.
«Космічний суп» на Землі
У точці Дірака субатомна структура графену починає поводитися як квантова рідина, що майже не має в'язкості – так звана «ідеальна рідина». Цей стан неймовірно схожий на кварк-глюонну плазму – первісний суп Всесвіту, що існував частки секунди після Великого вибуху. Фактично, вчені отримали можливість вивчати умови раннього Всесвіту, використовуючи матеріал, що лежить у них на лабораторному столі.
Нові горизонти для науки та технологій
Це відкриття перетворює графен на доступну платформу для дослідження складних питань з фізики високих енергій та астрофізики. Крім того, його унікальні властивості можуть бути використані для створення надпотужних квантових сенсорів, здатних виявляти надзвичайно слабкі магнітні поля. Подібні фундаментальні прориви часто стають рушіями технологічних революцій. І поки графен допомагає нам зрозуміти закони Всесвіту, інші відкриття змінюють наше бачення майбутнього енергетики. Наприклад, нещодавно дослідники США знайшли квазічастинку, що може змінити енергетику майбутнього, що відкриває нові шляхи для передачі енергії майже без втрат.
Через двадцять років після свого створення графен доводить, що його потенціал ще далеко не розкритий. Він є не просто матеріалом для майбутніх гаджетів, а унікальною лабораторією для перевірки фундаментальних законів природи.
