Рис. Вверху слева: 3D-атомная модель графенового устройства. Внизу слева: Вид устройства сверху под оптическим микроскопом. Справа: Художественное изображение электронов, движущихся подобно жидкости внутри графена. Автор: Аникет Маджумдар

Учёными были разработаны исключительно чистые образцы графена. В ходе эксперимента удалось проследить, как эти материалы одновременно проводят электричество и тепло — была обнаружена обратная зависимость: при увеличении одного показателя (электропроводности) другой (теплопроводности) уменьшался, и наоборот (закон Видемана-Франца, который гласит, что значения электро- и теплопроводности должны быть прямо пропорциональны).

В своих образцах графена группа IISc наблюдала сильное отклонение от закона Видемана-Франца — более чем в 200 раз при низких температурах, что демонстрирует разделение механизмов зарядо- и теплопроводности. Однако это разделение не является случайным событием — оказывается, что и зарядовая, и теплопроводность в этом случае зависят от не зависящей от материала универсальной константы, которая равна кванту проводимости.

Фото. Работу возглавляет команда IISc. Слева направо: Акаш Гугнани, Аникет Маджумдар, Притам Пал, Ариндам Гош. Фото: Аникет Маджумдар.

Это экзотическое поведение возникает в «точке Дирака» — точной электронной точке перегиба, достигаемой путём изменения числа электронов в материале, — где графен не является ни металлом, ни изолятором. В этом состоянии электроны перестают вести себя как отдельные частицы, а вместо этого движутся вместе, подобно жидкости, подобно воде, но в сто раз менее вязкой.

Поскольку это поведение, подобное поведению воды, наблюдается вблизи точки Дирака, его называют жидкостью Дирака. Измеренная вязкость которой максимально приближается к идеальной жидкости.

С технологической точки зрения наличие жидкости Дирака в графене имеет значительный потенциал для использования в квантовых датчиках, способных усиливать очень слабые электрические сигналы и обнаруживать чрезвычайно слабые магнитные поля.