グラフェン内の電子が初めて超音速に達する
研究者たちは、グラフェン内の電子を超音速に押し上げることで画期的な成果を達成し、ソニックブームに似た油圧ジャンプを生み出した。この実験は、微小ノズルを使用して行われ、このような電子の挙動の初の観測を記録した。この発見は、電荷を帯びた衝撃波に関する議論を解決するのに役立つ可能性がある。
初めて、グラフェン内で電子がこれほど速く流れるようにされ、衝撃波を生み出し、微視的なスケールで流体力学を模倣した。2016年、科学者たちは超薄型炭素材料であるグラフェンで電子が粘性液体のように流れることを初めて実証した。これを基に、ニューヨークのコロンビア大学のカリー・ディーンとその同僚たちは、電子が油圧ジャンプを実行するように設計した—速い流れから遅い流れへの劇的な移行である。
油圧ジャンプは日常生活で馴染み深いもので、例えば流水の蛇口の下で速い水と遅い水の間のリング状の境界である。「ある意味で、それはキッチンのシンクで起こるソニックブームのようなものだ」と、テキサス州ライス大学のダグ・ナテルソンは、研究に関与していないが述べている。
電子でこれを実現するため、チームは2層のグラフェンから微小ノズルを構築し、ロケットエンジンで使用される19世紀のド・ラバルノズルに似せた。この設計は中央で狭くなり、流体が狭窄部で超音速に加速し、出口で衝撃波を形成することを可能にする。デバイス端間の電流を追跡する典型的な電子測定とは異なり、研究者たちはノズルの複数の点にわたる電子電圧をマッピングするために顕微鏡を適応させ、ジャンプの検出を可能にした。チームメンバーのアベイ・パスパシ、コロンビア大学も所属、この革新的なアプローチを強調した。
ナテルソンは課題を強調した：「グラフェン構造を電子が本当に『肩を寄せ合って』入るような純粋な状態にするには、芸術と洗練が必要だ」—この領域に入るために密に詰め込まれている。ルクセンブルク大学のトーマス・シュミットは、微小ジャンプの解像度を技術的に印象的と呼んだ。
この実験は、電荷を帯びた衝撃波に関する長年の疑問を探る扉を開く。ディーンは、油圧ジャンプが放射を放出するかどうかの議論が続いていると指摘し、赤外線や電波の生成に潜在的に有用である。「私たちが議論するすべての実験家は、この放射を検出する方法を考えている。すべての理論家は、何も放出しないと言う。そこには実際に何が起こっているかについての疑問がある」と彼は述べた。
この研究はarXiv DOI: 10.48550/arXiv.2509.16321に詳述されている。