Ученые в статье, опубликованной в журнале Physica E, рассказали, что графен проводит электрический ток и тепло лучше, чем металлы, несмотря на его абсолютно малую толщину, он невероятно прочен и прозрачен для видимого света, а также обладает крайне необычными полупроводниковыми свойствами в комбинации с другими «плоскими» материалами, передает РИА «Новости».
Многие из этих свойств графена ученые связывают с тем, что электроны внутри этого «нобелевского углерода» ведут себя иначе, чем носители заряда в обычных «трехмерных» материалах. Фактически электроны в нем движутся прочти беспрепятственно, редко сталкиваясь с «соседями», а их поведением управляют законы квантовой механики.
Изучая свойства проводников, ученые обычно просчитывают не движение одиночных электронов, а квазичастиц. Физики предположили, что в случае с графеном эти виртуальные носители заряда похожи по своим свойствам на экзотические заряженные частицы, движущиеся почти со скоростью света.
«Высокая электропроводимость графена определяется тем, что он существенно отличается по спектру заряженных квазичастиц от металлов и полупроводников. Чтобы продвинуться в понимании его свойств, мы сосредоточились на изучении взаимодействия носителей заряда в графене», – рассказал старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Иван Терехов.
Для решения этой задачи Терехов и его коллеги создали набор уравнений, описывающий взаимодействия одиночных электронов и учитывающий то, что на их поведение влияют соседние ионы, просчитали последствия подобных встреч частиц, расположенных на разных энергетических уровнях, и раскрыли несколько неожиданных эффектов.
К примеру, ученые показали, что если разница в энергии электронов будет достаточно большой, то они будут не отталкиваться друг от друга, а начнут притягиваться и формировать локализованные состояния, экзотические долгоживущие структуры, похожие по свойствам на своеобразные атомы и молекулы.
Как возникает часть подобных структур и существует ли она в реальности, физики пока не могут сказать, но, по их мнению, само их существование может объяснять многие аномальные свойства графена.
Напомним, ранее российские ученые открыли считавшиеся невозможными эффекты полупроводников.