狄拉克等离子体在高迁移率石墨烯中的巨磁电阻

发表在《自然》杂志上的一篇论文中，曼彻斯特大学的研究人员报告说，在环境条件下，石墨烯中出现的磁阻创下了历史新高。

在磁场下强烈改变电阻率的材料在各种应用中受到高度追捧，例如，每辆汽车和每台计算机都包含许多微小的磁性传感器。这种材料很少见，大多数金属和半导体在室温和实际可行的磁场中仅改变其电阻率的一小部分(通常不到1%的百万分之一)。为了观察强烈的磁阻响应，研究人员通常会将材料冷却到液氦温度，以便内部的电子散射更少，并且可以遵循回旋加速器轨迹。

现在，由Andre Geim教授领导的一个研究小组发现，在过去二十年中似乎对每个细节进行研究的老式石墨烯表现出非常强烈的反应，在标准永磁体(约100高斯)的磁场中达到1%以上。这是所有已知材料中创纪录的磁阻率。

谈到这一最新的石墨烯发现，Andre Geim爵士说：“像我这样研究石墨烯的人总是觉得这个物理学金矿早就应该枯竭了。这些材料不断证明我们错误地找到了另一个化身。今天我不得不再次承认，石墨烯已经死了，石墨烯万岁。

为了实现这一目标，研究人员使用了高质量的石墨烯，并将其调整到其固有的原始状态，其中只有由温度激发的电荷载流子。这创造了一种快速移动的狄拉克费米子等离子体，尽管频繁散射，但它表现出令人惊讶的高迁移率。这种狄拉克等离子体的高迁移率和中性是所报道的巨磁电阻的关键成分。

“在过去的10年里，石墨烯器件的电子质量有了显着提高，每个人似乎都专注于在低液氦温度下寻找新现象，而忽略了环境条件下发生的事情。这可能并不令人惊讶，因为样品越冷，其行为通常就越有趣。我们决定调高温度，出乎意料的是出现了大量意想不到的现象，“合著者Alexey Berdyugin博士说。

除了创纪录的磁阻率外，研究人员还发现，在高温下，中性石墨烯变成了所谓的“奇怪金属”。这是电子散射最终变得很快的材料的名称，仅由海森堡不确定性原理决定。奇怪的金属的行为知之甚少，目前仍然是全球范围内调查的一个谜。

曼彻斯特的工作为该领域增添了更多的神秘感，表明石墨烯在几个特斯拉以上的磁场中表现出巨大的线性磁阻，这是弱温度依赖性的。这种高场磁阻再次破纪录。

自首次观察到线性磁阻现象以来，一个多世纪以来一直是一个谜。目前的曼彻斯特工作提供了关于奇怪金属行为和线性磁阻起源的重要线索。也许，由于石墨烯，这些谜团现在可以最终解决，因为它代表了一个干净，表征良好且相对简单的电子系统。

“在室温下未掺杂的高质量石墨烯提供了一个探索全新机制的机会，原则上甚至可以在十年前发现，但不知何故被所有人忽视了。我们计划研究这种奇怪的金属制度，当然，更多有趣的结果，现象和应用将随之而来，“作者之一Leonid Ponomarenko博士补充道。

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