Elektroner som fungerar som långsam hällande honung har observerats för första gången i grafen, föranledde ett nytt förhållningssätt till grundläggande fysik.
Elektroner är kända för att röra sig genom metaller som kulor som endast reflekteras av ofullkomligheter, men i grafen rör de sig som i en mycket viskös vätska, University of Manchester forskare har hittat.
Möjligheten av ett mycket visköst flöde av elektroner i metaller förutspåddes för flera decennier sedan men trots många försök som aldrig observerats, tills nu enligt tidningen Vetenskap .
Observationen och studien av denna effekt möjliggör bättre förståelse av det kontraintuitiva beteendet hos interagerande partiklar, där mänsklig kunskap och utvecklade matematiska tekniker saknas.
En-atom tjockt material grafen, först utforskades för ett decennium sedan av ett team vid University of Manchester, är känt för sina många superlativa egenskaper och, framförallt, exceptionellt hög elektrisk konduktivitet.
Det är allmänt trott att elektroner i grafen kan röra sig "ballistiskt", som kulor eller biljardbollar som bara sprider sig vid grafengränser eller andra brister.
Verkligheten är inte riktigt så enkel, som hittats av en Manchester-grupp ledd av Sir Andre Geim i samarbete med italienska forskare under ledning av prof Marco Polini.
De observerade att den elektriska strömmen i grafen inte flödade längs det pålagda elektriska fältet, som i andra material, men reste baklänges och bildade bubbelpooler där cirkulära strömmar uppträdde. Ett sådant beteende är bekant för konventionella vätskor som vatten som gör bubbelpooler när de flödar runt hinder, till exempel, i floder.
Forskarna mätte viskositeten hos denna konstiga nya vätska i grafen, som inte består av vattenmolekyler utan elektroner. Till forskarnas förvåning, elektronvätskan kan vara 100 gånger mer viskös än honung, även vid rumstemperatur.
Det vetenskapliga genombrottet är viktigt för att förstå hur material fungerar i ökande mindre storlekar som krävs av halvledande industrin eftersom sådana bubbelpooler är mer benägna att dyka upp i mikro- och nanoskala.
Observationen ifrågasätter också vår nuvarande förståelse av fysiken hos starkt ledande metaller, särskilt grafen själv.
Den samtidiga existensen av sådana till synes oförenliga egenskaper, med elektroner som beter sig som kulor och en vätska i samma material föranleder en grundläggande omtanke om vår förståelse av materialegenskaper.
Professor Polini kommenterade:"Att ge decennier långa ansträngningar för att hitta även mindre tecken på ett visköst flöde i metaller, vi blev förvånade över att grafen inte bara uppvisade en liten blick på en experimentkurva utan den tydliga kvalitativa effekten, ett stort tillbakaflöde av elektrisk ström."
Sir Andre Geim, som fick Nobelpriset i grafen, tillade:"Grafen kan inte stoppa att förbluffa oss. Nu måste vi fundera länge och noggrant på hur man kopplar samman ett så motsägelsefullt beteende som ballistisk rörelse av elektroner, som utan tvekan syns i grafen, med denna nya kvantkonstighet som uppstår från deras kollektiva rörelse. En stark justering av vår förståelse av fysiken är på väg."
