石墨烯竟“违背”了物理学基本定律

印度科学研究所（IISc）物理系研究人员联合日本物质材料研究机构，在单层石墨烯（仅一个碳原子厚的二维材料）中首次明确观测到一种长期寻找的量子流体态，即‘狄拉克流体’。该成果发表于《自然·物理》期刊。研究团队制备了极高纯度的石墨烯样品，系统测量其电导率和热导率，意外发现：二者变化方向相反——电导升高时热导反而下降，反之亦然。这一现象严重违背了经典金属物理中的魏德曼–弗兰兹定律（该定律认为电导与热导应成正比），在低温下偏差高达200倍以上，表明石墨烯中电荷输运与热量输运发生了显著解耦。值得注意的是，这种反常并非杂乱无章：两类输运均遵循一个与材料无关的普适常数，该常数源于量子电导基本单位，反映了电子在微观尺度上的量子行为。这种奇异效应发生在石墨烯的‘狄拉克点’——即其从金属性向绝缘性转变的临界状态。在此状态下，电子不再独立运动，而是像液体一样协同流动，阻力极小；因其类似水的集体行为且出现在狄拉克点附近，故称‘狄拉克流体’。研究者进一步测得该流体粘度极低，是迄今最接近理论‘理想流体’（无内摩擦）的实验实现之一。这一发现使石墨烯成为探索极端物理（如夸克胶子等离子体、黑洞热力学、量子纠缠熵标度律）的便捷、低成本平台。此外，狄拉克流体有望催生新型高灵敏度量子传感器，用于放大微弱电信号、探测极弱磁场，推动精密测量与量子技术发展。