Grafen może tworzyć masę?

| Ciekawostki
Lawrence Berkeley National Laboratory

Abdulaziz Alhaidari wraz ze współpracownikami z Saudyjskiego Centrum Fizyki Teoretycznej wysunęli hipotezę, że wśród niezwykłych cech grafenu znajduje się również... możliwość tworzenia masy.

Jednym z najbardziej interesujących pomysłów dotyczących grafenu jest nadzieja, że materiał ten będzie mógł służyć do prowadzenia eksperymentów na gruncie fizyki relatywistycznej. Okazało się bowiem, że właściwości elektroniczne grafenu można dostosować tak, że elektrony i dziury poruszające się z prędkością miliona metrów na sekundę są matematycznym odpowiednikiem zachowania elektronów podróżujących w próżni z prędkością bliską prędkości światła. To oznacza, że elektrony nie podlegają konwencjonalnemu równaniu Schrodingera, ale równaniu Diraca, wykorzystywanemu w fizyce relatywistycznej. Równanie Diraca nie bierze pod uwagę masy, a zatem elektrony i dziury zachowują się tak, jakby nie miały masy. Spostrzeżenie takie jest niezwykle ważne dla badań, gdyż dotychczas relatywistyczne zachowanie elektronów mogli obserwować tylko ci naukowcy, którzy mieli dostęp do akceleratorów cząstek. Teraz badać je będzie mogło każde laboratorium dysponujące grafenem. Takie właściwości mogą też oznaczać powstanie urządzeń elektronicznych korzystających z zasad fizyki relatywistycznej.

Uczeni rozważając czym jest masa spekulują, że występuje ona dlatego, że wszechświat ma dodatkowe wymiary, które istnieją tylko w najmniejszej skali. Wymiary te są uzwarcone. Takie wymiary mają niezwykły wpływ na mechanikę kwantową zmieniając dotyczące jej równania tak, że zawierają masę. Stąd, w teorii, bierze się masa.

Alhaidari i jego zespół spekulują, że podobny efekt może występować w grafenie jeśli znajdujące się w nim wymiary zostaną uzwarcone (skompaktyfikowane). Grafen, jak wiemy, jest strukturą dwuwymiarową. Jeśliby zatem udało się zmniejszyć liczbę wymiarów grafenu z dwóch do jednego, wówczas równania opisujące zachowanie elektronów i dziur w grafenie - które, jak pamiętamy, nie biorą pod uwagę masy - zmieniłyby się w takie, które biorą pod uwagę masę. W wyniku tego, uzwarcenie wymiarów stworzyłoby masę.

Saudyjscy uczeni wiedzą też, w jaki sposób można skompaktyfikować wymiary grafenu. To bardzo proste zadanie. Wystarczy płachtę grafenu zwinąć w rurkę. Z punktu widzenia elektronów i dziur taka struktura będzie jednowymiarowa.

Wywody Abdulaziza Alhaidariego są niezwykłe. Jeśli bowiem uczony ma rację, będzie to oznaczało, że generowanie czy niszczenie masy może odbywać się za pomocą zwykłej zmiany geometrii grafenu.

Z dokumentem Dynamical mass generation via space compactification in graphene [PDF] można zapoznać się w sieci.

Autor:

Źródło: Technology Review

grafen masa elektrony dziury uzwarcenie wymiary Abdulaziz Alhaidari Saudyjskie Centrum Fizyki Teoretycznej