威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家首次以纳米分辨率直接测量了石墨烯中电子的流体状流动。研究结果发表在今天的《科学》杂志上。

石墨烯是一种以蜂窝状排列的原子厚的碳片，是一种特别纯净的电导体，使其成为研究电阻非常低的电子流的理想材料。在这里，研究人员故意在已知距离处添加杂质，并发现随着温度的升高，电子流从类似气体变为类似流体。

“所有导电材料都含有杂质和缺陷，会阻止电子流动，从而导致电阻。从历史上看，人们采取了一种低分辨率的方法来识别电阻的来源，“威斯康星大学麦迪逊分校的物理学研究生，该研究的共同主要作者Zach Krebs说。“在这项研究中，我们想象电荷如何在杂质周围流动，并实际看到杂质如何阻止电流并产生电阻，这是以前从未做过的事情，以区分类气体和类流体电子流。

这些结果可用于开发新的低电阻材料，其中电力运输将更有效。

该研究使用了一种称为扫描隧道电位计(STP)和2D材料石墨烯的技术。研究人员故意在石墨烯中引入障碍物，以受控距离间隔，然后在片材上施加电流。使用STP，他们以纳米分辨率测量石墨烯上所有点的电压，产生电子流模式的2D图(更高的电压=更多的电子)。无论障碍物间距如何，在较高温度(77开尔文)下通过通道的电压下降比在较低温度(4开尔文)下要低得多，这表明更多的电子通过(较低的电阻)。

“我们对[电压图]进行了定量分析，发现在较高的温度下，通道中的电阻要低得多。电子流动得更自由，更像流体，“克雷布斯说。“石墨烯是如此干净，以至于我们迫使电子在与其他任何东西相互作用之前相互相互作用，这对于让它们表现得像流体一样至关重要。

岩石和溪流的类比

在接近绝对零度的温度下，石墨烯中的电子表现得像气体：它们向各个方向扩散，更有可能撞到障碍物而不是相互作用。电阻较高，电子流效率相对较低。

在更高的温度下 - 77 K或零下196 C - 电子流的流体状行为意味着它们之间的相互作用比它们撞到障碍物更多，像水一样在溪流中间的两块岩石之间流动。就好像电子相互传递有关障碍物的信息并在岩石周围转移一样。电阻更低，电子流效率更高。

前威斯康星大学麦迪逊分校研究生Wyatt Behn是这项研究的共同第一作者，该研究由物理学教授Victor Brar的小组进行。