Електричний струм у графені може протікати «проти вовни».
Всі ми проходили в школі закон Ома, який говорить про те, що сила струму в ділянці ланцюга прямо пропорційна напруженню і назад пропорційна електричному опору даної ділянки. Зазвичай струм, який тече по проводах, на схемі позначають стрілочкою, спрямованою в ту сторону, в яку він, власне, і тече.
Тут, правда, є протиріччя: з одного боку, ми знаємо, що струм у проводах - це електрони, негативно заряджені елементарні частинки, які рухаються від «мінуса» до «плюсу». А з іншого боку, на схемах струм завжди чомусь «тече» в зворотний бік: від «плюса» до «мінуса».
Цей факт має просте історичне пояснення. У той час, коли перші дослідники почали вивчати електричні явища і збирати перші ланцюги постійного струму, ще не було відомо про існування електронів, і вже тим більше ніхто нічого не знав про знак носіїв заряду в металевих провідниках. Андре-Марі Ампер, а саме він ввів у фізику поняття «електричний струм», запропонував вважати, що струм тече від «плюса» до «мінуса».
Це настільки утвердилося в середовищі фізиків, що коли електрони все-таки були виявлені, і з'ясувалося, що напрямок струму насправді протилежний, ніхто не став відмовлятися від звичного «напрямку» струму, залишивши його таким, яким його запропонував Ампер. Тому струм з тих пір і тече, загалом-то, проти самого себе.
А ось зараз вийшло відразу дві наукові роботи, в одній з яких доводиться теоретично, а в іншій - експериментально показується, що струм дійсно може текти в зворотний бік. Правда, для цього «фокусу» потрібен спеціальний «реквізит», і ім'я йому - графен. Саме цей дивовижний матеріал, який у 2004 році вперше отримали фізики Андрій Гейм і Костянтин Новоселов, не перестає дивувати вчених усього світу своїми незвичайними властивостями. Цього разу графен зміг звернути назад електричний струм, змусивши електрони рухатися «протиприродним» чином - від «плюса» до «мінуса».
Довгий час фізики припускали, що електричний струм, який, по суті, являє собою потік електронів, повинен поводитися подібно рідини, з усіма притаманними рідинами властивостями, наприклад, в'язкості. Однак досі прояви такої «електронної» в'язкості не були відомі.
По-перше, щоб їх виявити, вони повинні, принаймні, існувати, а по-друге - повинен бути спосіб виміряти макроскопічні параметри струму. Тоді можна було б підтвердити теорію «рідкої» електрики.
Двоє фізиків, Григорій Фалькович і Леонід Левітов показали, що досвідом, що підтверджує макроскопічну поведінку постійного струму, могло б бути спостереження утворення вихорів, що виникають у в'язкому потоці електронів. В результаті в графені утворюються області, в яких потік електронів спрямований від «плюса» до «мінуса».
"Всі вчили в школі закон Ома, за яким струм дорівнює напруженню, поділеному на опір. Так що струм раніше завжди тек від плюса до мінуса. А ми показали, що в графені струм може течи проти докладеної напруги, що відповідає негативному опору. Причина цього в тому, що електрони в графені можуть сильно взаємодіяти один з одним і в результаті залучати в рух сусідні шари, тобто течу як в'язка рідина, створюючи вихори ", - коментує отримані результати один з авторів дослідження, Григорій Фалькович.
Що найприголомшливіше в цій історії, так це те, що паралельно з виходом теоретичної статті, в якій описувалася можливість спостереження таких вихорів, вийшла незалежна стаття фізиків з Манчестерського університету і Гарварда, в якій негативний опір вперше спостерігався в експерименті.
Так що термін «електронний газ», яким зазвичай описується стан електронів у провіднику, може незабаром потіснити «електронна рідина», принаймні, на почесних просторах графена.
За матеріалами ІППІ РАН і Nature Physics.