石墨烯 ︰ 当前量子

2010 年诺贝尔物理学奖被授予特殊的材料石墨烯，组成的单层的碳原子排列在蜂窝状晶格的发现。但石墨烯研究并没有停止。新有趣的性质，这种材料仍被发现。一个国际研究小组现在解释了电子运动通过石墨烯层谬的奇特的行为。成果已经发表在杂志”自然通讯”。

电子是一波

“当电流流经石墨烯时，我们应该不想象电子作为小球在滚动通过材料”，说 Florian Libisch 从杜维恩 （维也纳），领导理论研究项目的一部分。通过作为长的波阵面石墨烯的电子斜，波长可以比两个相邻的碳原子之间的空间大一百倍。”电子并不局限于一个特定的碳原子，在某种意义上，它位于到处都在同一时间”，Libisch 说。

该小组研究了挤过窄的石墨烯薄膜的电子的行为。”电子通量的范围越广的收缩，较大 — — 但是事实证明，收缩的宽度之间的关系，是相当复杂的电子和电流的能量”，说 Florian Libisch。当我们做出更大的收缩时，电流不会逐渐增加，它在某些点跳。这是明确的量子效应。

如果电子的波长是如此之大，它不太适合通过收缩，电子通量是非常低的。”当电子的能量增加时，其波长减小”，解释了 Libisch。”在某种程度上，一个波长适合通过收缩，然后两个波长，接着是三个 — — 的这样电子通量增加特征的步骤。电流不是一个连续的量，它量子化的。

理论和实验研究

这种效应也可以见于其他材料。检测在石墨烯是困难得多，因为其复杂的电子特性会导致大量的额外影响，互相干扰。在克里斯托弗 • 斯坦福在亚琛工业大学 （德国），理论计算的组进行实验和计算机数值模拟在维也纳由拉里莎 · 奇若娃和弗洛里安 Libisch 在约阿希姆 Burgdörfer 集团。

实验，石墨烯床单刻与纳米精度形状的帽子。”通过它夹六方氮化硼原子层保护石墨烯层是展示当前在石墨烯中的量子的性质的关键”解释克里斯托夫 · 斯坦福。在极低温度下然后测量电流通过的设备。斯坦福说:”我们使用液氦来冷却我们的样品，否则为由热波动洗出脆弱的量子效应”。模拟实验带来一样多的挑战。”自由移动的电子在石墨烯薄膜可以占领尽可能多的量子态是碳原子”，说 Florian Libisch，”十余万，在我们的例子”。这使得计算要求极其苛刻的。可以用几个量子态描述一个氢原子中的电子。在杜维恩 （维也纳） 团队开发大型计算机模拟，并计算在石墨烯上并行使用几百个处理器内核的维也纳科学群集 VSC 电子的行为。

边缘国家SMT加工

事实证明，石墨烯薄膜的边缘起着关键作用。”随着原子排列呈六角形，边缘可以永远不会完全直线。在原子尺度上边缘总是锯齿状”，说 Florian Libisch。在这些地区，电子可以占据特殊的边缘国家，有对电子材料性能的重要影响。”只与今天使用最强大的科学计算机群集可用的大型计算机模拟，我们可以找出这些边缘国家对电流的影响”，Libisch 说。”优秀的协议，我们的理论计算与实验结果表明，我们一直非常成功”。

石墨烯的发现开启了一个新的研究领域 ︰ 只包含很少的原子层的超薄材料都吸引了大量关注。特别是结合石墨烯和其他材料 — — 氮化硼，在这种情况下 — — 如预计将产生有趣的结果。”肯定的是 ︰ 谁想要了解明天的电子已知道很多关于量子物理学”，说 Florian Libisch。