電荷中性石墨烯中的電子空穴等離子體預計將實現一個量子臨界系統，即使在室溫下，其電輸運也具有普遍的流體動力學描述。這種量子臨界的“狄拉克流體”的剪切粘度預計接近最小極限，在普朗克時間，粒子間的散射速率達到飽和，這是粒子弛豫的最短時間尺度。盡管在有限載流子密度下的電遷移測量結果與石墨烯中的流體動力學電子流一致，但電荷中性點處的粘性流動的清晰演示仍然難以捉摸。在這里，我們通過測量相關的雜散磁場，直接在室溫下對石墨烯中的粘性Dirac流體流動進行成像。使用量子自旋磁強計進行納米級磁成像，該量子自旋磁強計通過利用金剛石中的氮空位中心實現。掃描單旋和寬磁場磁力分析顯示，在電荷中性點附近的高遷移率石墨烯通道中，電子流具有拋物線形的Poiseuille分布，從而建立了Dirac流體的粘性傳輸。該測量結果與在金屬導體以及低遷移率石墨烯通道中成像的傳統均勻流動曲線形成了對比。通過組合成像和傳輸測量，我們獲得了黏度和散射率，并觀察到這些數量可與在量子臨界狀態下預期的通用值相媲美。這一發現在室溫、高遷移率的電荷中性石墨烯中建立了一種近乎理想的電子流體。我們的研究結果將有助于研究高溫超導體中，與強相關電子相關的量子臨界流體中的流體動力傳輸。這項工作也突出了量子自旋磁力儀在納米尺度探測相關電子現象的能力。
Fig. 1 通過磁場成像探測粘性電子傳輸。
Fig. 2 一維掃描NV顯微鏡觀察：金屬通道中的歐姆流、在CNP封裝hBN的石墨烯中的低遷移石墨烯和粘滯流。
Fig. 3 石墨烯中粘性電子流的寬場磁成像。
Fig. 4 石墨烯在CNP附近的電子流體動力學。
相關研究成果于2020年由哈佛大學Ronald L. Walsworth課題組，發表在Nature (https://doi.org/10.1038/s41586-020-2507-2)上。原文：Imaging viscous flow of the Dirac fluid in graphene。
摘自《石墨烯雜志》公眾號;
.jpg)
