電荷中性石墨烯中的電子空穴等離子體預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)一個(gè)量子臨界系統(tǒng)，即使在室溫下，其電輸運(yùn)也具有普遍的流體動(dòng)力學(xué)描述。這種量子臨界的“狄拉克流體”的剪切粘度預(yù)計(jì)接近最小極限，在普朗克時(shí)間，粒子間的散射速率達(dá)到飽和，這是粒子弛豫的最短時(shí)間尺度。盡管在有限載流子密度下的電遷移測(cè)量結(jié)果與石墨烯中的流體動(dòng)力學(xué)電子流一致，但電荷中性點(diǎn)處的粘性流動(dòng)的清晰演示仍然難以捉摸。在這里，我們通過測(cè)量相關(guān)的雜散磁場(chǎng)，直接在室溫下對(duì)石墨烯中的粘性Dirac流體流動(dòng)進(jìn)行成像。使用量子自旋磁強(qiáng)計(jì)進(jìn)行納米級(jí)磁成像，該量子自旋磁強(qiáng)計(jì)通過利用金剛石中的氮空位中心實(shí)現(xiàn)。掃描單旋和寬磁場(chǎng)磁力分析顯示，在電荷中性點(diǎn)附近的高遷移率石墨烯通道中，電子流具有拋物線形的Poiseuille分布，從而建立了Dirac流體的粘性傳輸。該測(cè)量結(jié)果與在金屬導(dǎo)體以及低遷移率石墨烯通道中成像的傳統(tǒng)均勻流動(dòng)曲線形成了對(duì)比。通過組合成像和傳輸測(cè)量，我們獲得了黏度和散射率，并觀察到這些數(shù)量可與在量子臨界狀態(tài)下預(yù)期的通用值相媲美。這一發(fā)現(xiàn)在室溫、高遷移率的電荷中性石墨烯中建立了一種近乎理想的電子流體。我們的研究結(jié)果將有助于研究高溫超導(dǎo)體中，與強(qiáng)相關(guān)電子相關(guān)的量子臨界流體中的流體動(dòng)力傳輸。這項(xiàng)工作也突出了量子自旋磁力儀在納米尺度探測(cè)相關(guān)電子現(xiàn)象的能力。
Fig. 1 通過磁場(chǎng)成像探測(cè)粘性電子傳輸。
Fig. 2 一維掃描NV顯微鏡觀察：金屬通道中的歐姆流、在CNP封裝hBN的石墨烯中的低遷移石墨烯和粘滯流。
Fig. 3 石墨烯中粘性電子流的寬場(chǎng)磁成像。
Fig. 4 石墨烯在CNP附近的電子流體動(dòng)力學(xué)。
相關(guān)研究成果于2020年由哈佛大學(xué)Ronald L. Walsworth課題組，發(fā)表在Nature (https://doi.org/10.1038/s41586-020-2507-2)上。原文：Imaging viscous flow of the Dirac fluid in graphene。
摘自《石墨烯雜志》公眾號(hào);
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