超乎想像 石墨烯可承受比一般材料多1000倍的電流

一項新研究顯示，石墨烯能夠承受比我們之前預期更大的電流，遠遠超過一般材料，使它成為下一世代超快速電子器件的完美結構單元。

奧地利維也納科技大學應用物理研究所的研究員之一伊莉莎白?葛魯博說：「比起在正常情況下會導致材料破壞的電流密度，高出大約1,000倍。」

「但是在這些距離和時間尺度上，石墨烯能夠承受如此極端的電流，而不會遭受任何損壞。」

要說明清楚，我們在這裡談論的不是石墨烯如何有效地導電。在今年初，科學家已經設法將材料變成超導體，能夠穿梭具有零電阻的電子。

這是一件大事，而且足以讓石墨烯再保有一年"神奇材料 的頭銜。

這項最新研究不是在看電流的效率，而只是在看這個材料可以處理多少電流。特別地是，在短時間內它可以處理多少電子經由它來充電。

而研究結果是令人印象深刻的。

如果你需要快速複習，石墨烯是一片一個原子厚、蜂窩格子狀的碳片，在奈米級尺寸上展現一些不可思議的特性。它比鋼鐵還要堅固，比鑽石還要堅硬，而且有不可思議的靈活性。而且現在看起來，它好像能夠承受高電荷密度。

為了弄明白這點，這些研究人員在石墨烯片上炸開帶正電荷的氙(xenon)離子，導致大量的電子從石墨烯粉碎的地方被扯掉。

想像一下這些氙離子扯掉石墨烯的電子，就好像在一片灰塵中扔一顆網球。

單獨一個氙離子可以從石墨烯薄膜的一個微小區域竊取超過20個電子，聽起來可能不太多。但想像每個碳原子從只有6個電子開始，對於材料的穩定性來說，這是一件大事。

結果，周圍的碳原子帶有極大的正電荷。

當氙離子通過時，它還把整個碳原子推擠出石墨烯片，但是這比損失所有那些電子的影響要小得多。

在一般材料中，電子會快速嘗試修復不平衡，但它無法快速地發生，因此材料會開始失靈(分解)。

來自德國德瑞斯頓?羅森多夫?漢姆霍茲研究中心的小組成員李察威爾翰說：「你現在期望發生的是，這些帶正電荷的碳離子彼此排斥，在所謂的庫侖爆炸中飛走，然後在材料中留下大空隙。」

「但令人驚奇地，情況並非如此，在石墨烯中的正電荷幾乎瞬間被中和。」

因此，石墨烯能夠有辦法以全新的電子，幾乎立即填補裂開的電子空穴；意味著它在短時間內，傳送極高密度的電流。

然而在我們說短時間的時候，我們是在說那些在只有幾個飛秒(千萬億分之一秒)時間，衝進來儲存一天的新的電子。

葛魯博說：「材料到氙離子造成的破壞的電子反應是極為快速的。」

「來自石墨烯膜相鄰區域的強電流，在正電荷彼此互相排斥造成爆炸之前，迅速地補充電子。」

要造成這種現象，石墨烯必須承載的電流密度量大約是一般任何材料所能容忍的1,000倍。

需要進一步的研究來確切了解這是如何發生，但對於工程師想要在未來做出超快速電子器件來說，這是不可思議的消息，因為石墨烯可能是足夠耐用的材料，來處理這樣的強電流。

研究小組領導人弗里茨?奧瑪亞說：「希望是由於這個原因，有可能使用石墨烯來做出超快速電子器件。石墨烯看起來好像也非常適合用於光學，例如用於連接光學和電子元件。」