石墨烯打破物理界著名断言,拓展近百年历史的著名奈奎斯特理论?

作者: cnpim CNPIM 2020年10月13日

  含着诺奖“金钥匙”出生的石墨烯,具有“新材料之王”的美誉。2004,Andre Geim 和Konstantin Novoselov通过“胶带”机械剥离的方法首次从石墨上剥离出石墨烯,并由此获得了2010年诺贝尔物理学奖!
 
  石墨烯具有优异的光学、力学、电学等性能,众多研究者将其应用于各个研究领域,包括太阳能电池、超级电容器、材料改性、医药输运等等,发表了众多研究性顶尖论文,故石墨烯又有“学术材料”之称。由于石墨烯“完美”的结构,使其具备了超过钻石的硬度,超过钢铁的强度以及优异的导热和导电性能,被认为是未来一种革命性的材料!
 
  那么,石墨烯到底怎样打破物理界著名断言的呢?我们首先了解一下这一著名的断言。
 
  Richard Phillips Feynman,美籍犹太裔物理学家,加州理工学院物理学教授,1965年诺贝尔物理学奖得主。他的一生成就非常之多,其中,量子场论中的“费曼振幅”、“费曼传播子”、“费曼规则”等均以他的姓氏命名。
 
  他还有一个著名的断言称:原子的热运动,即原子的布朗运动,是不能够做功的!
 
  而,最近,美国阿肯色大学的物理学家Paul Thibado团队成功开发出一种能够捕捉石墨烯热运动并将其转化为电流的电路,打破了这一著名论断。
 
  该团队使用点模式扫描隧道显微镜(STM)研究了独立式石墨烯膜的热涨落。禁用STM反馈电路后,测量位移电流。将最接近STM尖端的波纹建模为双阱势中的布朗粒子。
 
  当石墨烯移动时,电荷必须流过电路并执行电功。该模型提供了一个严格的证明,只要在电阻器中连续耗散相同量的功率,就可以在热力学平衡状态(室温)下由粒子的布朗运动提供连续的热功率。耦合到外部电路在负载电阻上进行电功,而不违反热力学第二定律。也即是,室温下石墨烯的热运动实际上会在电路中引起交流电,这一成就过去被认为是不可能的。
 
  而这一研究成果实现了在石墨烯中采集能量的想法,可以将采集电路整合到芯片中,为小型设备或传感器提供干净、无限的低压电源。
 
  奈奎斯特理论拓展
 
  该团队研究表明电路电阻器确切的热功率公式与著名Nyquist理论有所不同。功率包括石墨烯波纹的布朗运动的贡献,而不仅仅是电子的贡献。这也证实了粒子的布朗热运动会产生电流而做功。
 
  昨日,当地时间2020年10月6日,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布,将2020年诺贝尔物理学奖的一半授予罗杰·彭罗斯(Roger Penrose),另一半授予雷因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和安德里亚·格兹(Andrea Ghez),以表彰他们“发现了宇宙中最奇特的现象之一——黑洞”,他们将分享760万奖金,且Andrea Ghez为诺贝尔物理学奖唯一的女性获得者!

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