科學家發現新量子現象！

近日，曼徹斯特大學、諾丁漢大學和拉夫堡大學的科學家發現了一種量子現象。該研究發表在《自然通訊》上，描述了單原子薄片石墨烯中的電子是如何驅散構成六角形晶格的振動碳原子。通過施加垂直於石墨烯平面的磁場，載流電子被迫進入封閉的圓形「迴旋」軌道。在純石墨烯中，電子脫離軌道的唯一途徑是在散射事件中通過「聲子」反彈。

這些聲子是粒子狀的能量和動量束，是與振動碳原子相關的聲波「量子」。當石墨烯晶體在非常低的溫度下升溫時，聲子的數量會越來越多。通過在石墨烯片上傳遞小電流，研究小組能夠精確測量散射事件中電子和聲子之間傳遞的能量和動量。

實驗揭示了兩種類型的聲子散射電子：橫向聲子(TA)，其中碳原子垂直於聲子的傳播和波動方向振動(有點類似於水面上的表面波)；縱向聲子(LA)，其中碳原子沿聲子和波動方向來回振動(這種運動在某種程度上類似於聲波在空氣中的運動)。

實驗的一個重要結果是發現橫向聲子聲子散射優於縱向聲聲子散射，通常被稱為磁振子振蕩。

這種量子現象有助於幫助科學家更好的理解石墨烯電子的基本極限。

石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。它具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。

由於石墨烯特殊的結構，其也表現出許多其它材料不具有的特異性能。

1.導電性極佳：石墨烯中載流子電子和空穴是連續的，遷移率可以到達1×105 cm2/Vs，電子的傳輸速度達到光速的1/300，大大超過了在一般金屬導體和半導體中的傳導速度，因而其擁有極好的導電性。

2.超高透光率：單層石墨烯在很寬的波長範圍內的吸光度僅為2.3%，也就是單層石墨烯的透光率達到97.7%，遠遠高於透明導電薄膜國際通用標準85%的要求。

3.超高強度：石墨烯被發現是繼碳納米管之後具有最高彈性模量和強度的材料。其強度是世界上最好的鋼強度的100倍，硬度比自然界中最硬的材料金剛石還高，同時又擁有極好的柔韌性，可以隨意彎曲。

4.超高熱導率：和石墨、金剛石和碳納米管相似，石墨烯也擁有非常高的熱導率，自由態的單層石墨烯在室溫下熱導率可以達到5000 W/mK，是目前已知的導熱率最高的材料。

5.超大比表面積：由於石墨烯的厚度只有一個碳原子厚，因此單層石墨烯擁有超大的比表面積，可以達到2630 m2/g，遠遠大於普通活性炭的比表面積。

石墨烯的五大應用領域

一是光電產品領域，以其非常好的透光性、導電性和可彎曲性，在觸摸屏、可穿戴設備、OLED、太陽能等領域中發揮作用。這也是目前公認最可能首先實現商品化的領域。

二是能源技術領域，主要依賴於石墨烯超高的比表面積、超輕的重量和非常好的導電性。採用石墨烯的超級電容器，其極限儲能密度是現有材料的2-5倍左右，被稱作最理想的電極材料。

三是功能複合材料，通過將石墨烯加入各種塑形基體，能夠製備出具有很好導電、導熱、可加工、耐損傷的特殊材料，在集成電路、散熱片、高韌性容器等方面有應用潛力。

四是微電子器件。未來的石墨烯半導體、石墨烯集成電路、THz器件等領域，可能需要利用石墨烯獨特的性質來發揮。

五是生物醫藥和感測器領域，石墨烯對單分子的響應能力、承載抗體後的分子輸運能力都是其他感測器不能實現的。

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