گرافن قانون ویدمن–فرانتس را نقض کرد؛ کشف رفتاری تازه در دنیای کوانتوم
عنوان خبر: گرافن قانون ویدمن–فرانتس را نقض کرد؛ کشف رفتاری تازه در دنیای کوانتوم
ژانر/موضوع: فیزیک بنیادی، گرافن
تاریخ انتشار خبر: 12 سپتامبر 2025
لینک خبر: sciencedaily.com
چکیده:
پژوهشگران IISc هند با ساخت نمونههای فوقالعاده تمیز گرافن، جدایی شگفتانگیزی میان انتقال گرما و بار الکتریکی آشکار کردند و قانون سنتی ویدمن–فرانتس را در هم شکستند. با تنظیم چگالی حاملها روی نقطه بحرانی و کاهش ناخالصیها و دما، پژوهشگران شرایطی موسوم به «سیال دیراک» ایجاد کردند؛ جایی که الکترونها به صورت جمعی جریان مییابند و دیگر پراکندگی انفرادی ندارند. در این حالت، بار و گرما مسیرهای متفاوتی را دنبال میکنند، هرچند همچنان از اصول کوانتومی پیروی میکنند. این کشف مسیرهای تازهای برای مطالعهی سیاهچالهها و درهمتنیدگی کوانتومی در آزمایشگاه میگشاید و حتی میتواند نیروی محرک حسگرهای کوانتومی نسل بعد باشد.
شرح کامل خبر:
دانشمندان مؤسسه علوم هند (IISc) با همکاری پژوهشگرانی از ژاپن برای نخستین بار مشاهده کردند که الکترونها در گرافن رفتاری کاملاً غیرمنتظره از خود نشان میدهند: آنها مانند یک مایع بسیار منسجم جریان پیدا کردند و در نتیجه یک قانون قدیمی فیزیک به نام «ویدمن–فرانتس» را شکستند. این قانون میگوید رسانش گرما و بار در فلزها باید با هم نسبت ثابتی داشته باشند، اما در این آزمایشها گرافن بیش از ۲۰۰ برابر از این قاعده فاصله گرفت.
قانون ویدمن–فرانتس یکی از اصول اساسی فیزیک مواد است که میگوید اگر مادهای جریان الکتریسیته را خوب هدایت کند، گرما را هم به همان نسبت منتقل میکند. ولی در گرافن، هنگامی که پژوهشگران شرایط ویژهای را فراهم کردند، این تناسب فرو ریخت: اندازهگیریهای دقیق نشان داد که نسبت میان رسانایی گرمایی و الکتریکی دیگر از قانون قدیمی پیروی نمیکند. با این حال، هر دو رسانش هنوز به قوانین بنیادی کوانتومی وابسته بودند، نه ویژگیهای معمولی ماده.
گرافن تنها یک لایهی اتمی از کربن است که مانند لانهزنبور چیده شده است. در این پژوهش نمونههایی فوقالعاده خالص از گرافن تهیه شد و سپس آنها را تا دماهای بسیار پایین سرد کردند. در چنین شرایطی، الکترونها به جای اینکه هرکدام جداگانه حرکت کنند، دستهجمعی و هماهنگ مانند یک «سیال» جریان یافتند. این حالت را «سیال دیراک» مینامند. این «سیال دیراک» شباهتهایی به پلاسماهای کوارک–گلوئون در فیزیک انرژی بالا دارد؛ حالتی بسیار داغ و متراکم از ماده که در آن ذرات بنیادیِ سازندهی پروتون و نوترون (کوارکها و گلوئونها) آزادانه و مانند یک مایع مشترک حرکت میکنند.
به گفتهی پژوهشگران، این کشف میتواند در آینده به ساخت حسگرهای کوانتومی بسیار دقیق کمک کند؛ حسگرهایی که کوچکترین میدانهای مغناطیسی یا الکتریکی را آشکار میکنند. همچنین ممکن است در بلندمدت به ساخت الکترونیکهایی منجر شود که تقریباً هیچ اتلاف انرژی ندارند.
البته باید توجه داشت که این آزمایش در شرایط بسیار ویژه انجام شده است: دماهای نزدیک به صفر مطلق و گرافن کاملاً خالص. برای استفادهی واقعی، لازم است این اثر در شرایط سادهتر و کاربردیتر هم مشاهده شود. گام بعدی دانشمندان، بازتولید این پدیده در محیطهای قابلدسترستر و بررسی امکان ادغام آن در ابزارهای فناورانه خواهد بود.
پروفسور آریندام گوش از IISc در این باره میگوید: «شگفتانگیز است که حتی پس از ۲۰ سال از کشف گرافن، هنوز یک لایهی نازک از کربن میتواند ما را با پدیدههای تازه شگفتزده کند.» این یافته نشان میدهد گرافن نه تنها مادهای خارقالعاده در فناوریهای نو است، بلکه همچنان میتواند قوانین بنیادی فیزیک را به چالش بکشد.
منابع:
[1] https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250912081319.htm
[2] https://www.nature.com/articles/s41567-025-02972-z
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
