堪萨斯大学超快激光实验室已经绘制了石墨烯中电子的弹道运动。这项研究可能通过控制半导体中的电子对下一代技术产生影响。
“一般来说，电子运动会因与固体中其他粒子的碰撞而中断，”博士生Ryan Scott说，他是发布在ACS Nano杂志上的一篇论文的主要作者。
“这类似于有人在满是舞者的舞厅里跑步。这些碰撞相当频繁——每秒大约 100 亿到 1000 亿次。它们会减慢电子的速度，导致能量损失，并产生不需要的热量。如果没有碰撞，电子将在固体中不间断地移动，类似于高速公路上的汽车或空中的弹道导弹。我们称之为'弹道运输'。
在电子设备中使用弹道运输可以使它们更快、更强大、更节能。
“目前的电子设备，如电脑和手机，都使用硅基场效应晶体管，”物理学教授Hui Zhao说。“在这样的设备中，由于经常发生碰撞，电子只能以每秒厘米的速度漂移。
石墨烯是排列成六边形晶格的单层碳原子。它于 2004 年首次生产，其发现者于 2010 年获得诺贝尔物理学奖。
“石墨烯中的电子移动得好像它们的'有效'质量为零，这使得它们更有可能避免碰撞并弹道移动，”斯科特解释道。“以前的电学实验，通过研究各种条件下电压产生的电流，揭示了弹道传输的迹象。然而，这些技术的速度还不够快，无法追踪电子的移动。
物理学家通过用激光赋予电子额外的能量来诱导电子在石墨烯中移动。但是电子只能移动大约万亿分之一秒，因此很难观察到其效应。当电子从石墨烯层中的槽中“释放”出来时，留下的带正电的“空穴”将带负电的电子拖回原来的位置。
为了克服这个问题，物理学家创造了一种四层结构，其中两层石墨烯被另外两种单层材料——二硫化钼和二硒化钼隔开。
电子在一个石墨烯层中被释放，而另一个石墨烯层中的电子保持静止。
“用两层分子将它们分开，总厚度仅为1.5纳米，迫使电子保持移动约50万亿分之一秒，足够让配备激光器的研究人员以0.1万亿分之一秒的速度研究它们如何移动，”斯科特说。
平均而言，电子弹道移动了大约20万亿分之一秒。他们的最高速度是每秒22公里，然后撞上了什么东西，结束了他们的弹道奔跑。
