據美國物理學家組織網近日報道,美國能源部阿爾貢國家實驗室的先進光子源(APS)和伊利諾斯大學厄本那—香檳分校的弗雷德里克·塞茨材料研究實驗室開展合作,在石墨晶體上進行X射線散射實驗,利用重建算法制作了非支撐石墨烯層中電荷的動態“電影”——這也是迄今為止最快的“電影”,達到了0.533埃米(10-10米)和10.3阿秒(10-18秒)的解析度。此項成果發表在11月5日的《科學》雜志上。
石墨烯是只有一個原子厚度的石墨單原子層,其原子以蜂窩狀排列,安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因研究出石墨烯的貢獻而榮獲今年諾貝爾物理學獎。它具有許多奇特的屬性,包括極強的拉力、彈性和優良的導電性、絕熱性等,使它在下一代低成本彈性電子學中極具潛力,成為用途最廣的新材料之一。而它的電子行為就像迪拉克費米子,涵蓋了從高能物理現象到固態結構研究領域。一個關鍵問題是,這種費米子或者說石墨烯中的電子的運動是否受到庫侖斥力的影響?
一埃米大致是一個氫原子的寬度,而對一阿秒來說,一秒好比宇宙的年齡。如此微小如此快速如何被測量到?研究人員使用非彈性X射線進行的散射實驗發現,石墨烯非常有效地屏蔽了庫侖力的相互作用,讓其中的電子表現得就像半金屬中的一個簡單的獨立電子。他們的研究揭示了幾個疑點,包括獨立的石墨烯為何不能像預測的那樣變成絕緣體。實驗還演示了超快動力學研究的一種新途徑,為了解材料的最基本屬性開辟了新窗口。
論文指出,實驗顯示迪拉克費米子的極化程度被激子效應所放大,提升了對準粒子之間相互作用力的屏蔽。作用力強度具有尺度效應(scale-dependent)、有效精細結構常數的特征,其值處于低能級長距離,比最小值要小得多,這表明在整體上,石墨烯電子之間的相互作用非常微弱。
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