石墨烯打破了物理学的一项基本定律

印度科学研究院物理系的研究人员与日本国立材料科学研究所的合作者，终于在石墨烯——一种由纯碳原子单层构成的材料中，探测到了这种电子量子流体。发表在《自然·物理学》的研究成果为量子领域打开了新窗口，并将石墨烯确立为探索前所未见量子现象的独特桌面实验室。

"令人惊叹的是，在石墨烯发现20年后，仅凭单层结构仍有如此多研究空间，"该研究的通讯作者之一、印度科学研究院物理系教授Arindam Ghosh表示。

研究团队制备了超纯净的石墨烯样品，并追踪这些材料如何同时传导电和热。令人惊讶的是，他们发现这两种特性呈现反比关系：当电导率升高时，热导率会降低，反之亦然。这种非凡现象源于对金属教科书原理——维德曼-弗朗兹定律的显著违背，该定律规定电导率与热导率应成正比。

在低温条件下，研究团队观测到石墨烯样品对该定律的偏离幅度超过200倍，证实了电荷传导与热传导机制的脱钩。这种脱钩并非随机现象——研究表明，此情境下电荷与热传导都依赖于与材料无关的普适常数，该常数等于电导量子（与电子运动相关的基本物理量）。

这种奇异行为出现在"狄拉克点"（通过调节材料中电子数量实现的精确电子临界点）附近，此时石墨烯既非金属也非绝缘体。在此状态下，电子不再表现为独立粒子，而是像液体般集体运动，其粘滞度仅为水的百分之一。"由于这种类水行为出现在狄拉克点附近，故称为狄拉克流体——这种奇异物态模拟了欧洲核子研究中心粒子加速器中观测到的高能亚原子粒子汤：夸克-胶子等离子体，"论文第一作者、物理系博士生Aniket Majumdar解释道。团队还测量了这种狄拉克流体的粘度，发现其具有接近理想流体的极低粘滞性。

该发现使石墨烯成为在实验室环境中研究高能物理与天体物理概念（如黑洞热力学与纠缠熵标度）的理想低成本平台。

从技术应用角度看，石墨烯中狄拉克流体的存在，对于开发能放大微弱电信号及探测极弱磁场的量子传感器具有重要潜力。