ETH 的研究人员使用金刚石针内的磁场传感器（由红色箭头表示）对石墨烯层中的电子涡流进行成像。
图片来源：丁超鑫/ETH
石墨烯是一种非常奇怪的材料。它是组织成蜂窝晶格的单层碳原子。它具有令人难以置信的强度，可以以破纪录的方式传导热量和电力。电导率基于材料中电子的行为类似于粘性液体这一事实。与任何液体一样，都会形成漩涡。
然而，相信某件事应该发生和看到它是完全不同的事情。研究人员必须使用高分辨率磁场传感器。该设备使他们能够跟踪电子的行为。漩涡通常最好出现在极低的温度但即使在正常室温下，该设备也足以发现它们。研究人员以前从未在石墨烯中见过这些电子漩涡。
观察漩涡意味着详细观察电子的运动。他们追踪了石墨烯中流动的电子产生的微小磁场。
测试对象的设置如下：将一条 1 微米宽的石墨烯条附着在 1.2 微米或 3 微米的圆盘上。理论计算表明，涡旋会出现在较小的圆盘中，但不会出现在较宽的圆盘中。
“由于我们极其灵敏的传感器和高空间分辨率，我们甚至不需要冷却石墨烯，就能够在室温下进行实验，”苏黎世联邦理工学院的 Marius Palm 博士在一份报告中说道。陈述。
研究小组看到的是电子流动的逆转（涡流中物质的典型移动方式）。正如预测的那样，这种效应仅在较小的圆盘中可见。在较大的一个中，电子流动没有任何问题。
磁传感器是一根尖端有缺陷的金刚石针，称为氮空位。通过使用激光束和微波脉冲，针可以对外部磁场极其敏感。然而，它们需要非常靠近石墨烯带才能接收电子的磁场。
“由于金刚石针的尺寸很小，并且距石墨烯层的距离很小（仅约 70 纳米），因此我们能够以小于 100 纳米的分辨率使电子流可见，”Palm 解释道。
对于 1 微米（或 1,000 纳米）宽的条带来说，100 纳米似乎并不是一个令人难以置信的分辨率。但这是这项工作的一个重要起点。关于涡流的行为和原因还有很多东西需要了解，但能够看到它们是首要任务。
“目前，电子涡流的探测还属于基础研究，仍然有很多悬而未决的问题，”帕姆补充道。
有关这一突破的论文发表在该杂志上科学。
