科学家首次在石墨烯中观察到电子的量子流体，显示出近乎完美的流体行为，揭示了量子物理学的一个难题。
印度科学研究所和日本国立材料科学研究所的研究人员合作捕捉到了石墨烯中难以捉摸的流体状态。这项研究发表在 Nature Physics 杂志上，试图回答电子的行为是否像完美的无摩擦流体这一问题。
材料中的原子缺陷和杂质意味着探索这种电子行为异常困难。然而，这项采用超洁净石墨烯样品进行的新研究可能找到了解决这一问题的方法。
令人惊叹的是，即使在发现石墨烯 20 年之后，仅在单层石墨烯上就有如此多的工作要做。
研究通讯作者、印度科学院物理系教授 Arindam Ghosh
研究人员制作了超洁净的石墨烯样品，并研究了它们如何导电和导热。他们的发现令人惊讶：这两种导电性成反比。电导率上升时，热导率下降，反之亦然。
这种关系与一个著名的概念 “维德曼-弗朗茨规则 ”相矛盾，该规则规定导电率和导热率值应精确相关。在这种情况下，这种关系在低温下会被打破 200 多倍。
研究人员发现，石墨烯样品中的电荷和热量传导都依赖于一个与材料无关的通用常数，该常数等于电导量子，这是一个与电子运动有关的基本值。
这种不寻常的行为在 “狄拉克点 ”附近最为突出，在这种状态下，石墨烯既不像金属也不像绝缘体。在这种状态下，电子不再像单个粒子那样运动，而是像一种低粘度的集体流体一样流动。这种流体的行为类似于水，但粘度要低 100 倍左右。
由于这种类似水的行为是在狄拉克点附近发现的，因此被称为狄拉克流体–一种模仿夸克-胶子等离子体的奇异物质状态，一种在欧洲核子研究中心的粒子加速器中观测到的高能亚原子粒子汤。
Aniket Majumdar，研究第一作者，印度科学院物理系博士生
科学家们还评估了这种狄拉克流体的粘度，发现它是最接近完美流体的流体，粘度极低。
这些发现可能使石墨烯成为实验室研究高能物理和天体物理学问题（如黑洞热力学和纠缠熵缩放）的潜在低成本平台。
从技术角度来看，石墨烯中存在的狄拉克流体在量子传感器中有着重要的应用，这些传感器能够放大非常微弱的电信号并监测极弱的磁场。
期刊参考：
Majumdar, A., et al. (2025) Universality in quantum critical flow of charge and heat in ultraclean graphene. Nature Physics. doi.org/10.1038/s41567-025-02972-z
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