W każdej warstwie grafenu atomy układają się w strukturę przypominającą plaster miodu. Choć taka warstwa jest niezwykle cienka, to jest też niezwykle wytrzymała. Badania prowadzone na przestrzeni lat wykazały także, że materiał ten niezwykle wydajnie przewodzi ciepło oraz prąd elektryczny.
Ta ostatnia cecha wynika z prostego faktu, że elektrony będące częścią materiału zachowują się jak ciecz o pewnej lepkości. Skoro jednak tworzą one taką „elektronową ciecz” to naukowcy postanowili sprawdzić, czy w tejże cieczy mogą powstawać wiry, takie jak na powierzchni płynącej wody.
Czytaj także: Elektrony płyną, lecz nie tracą energii. Wyjątkowe osiągnięcie prowadzi do urządzeń nowej generacji
Badacze przypuszczali, że tak się może dziać, ale do potwierdzenia potrzebowali eksperymentów, w których uda im się takowe wiry zaobserwować. Przygotowanie jednak takiego eksperymentu nie należało do łatwych.
Przede wszystkim niezbędne było przygotowanie czujnika, który charakteryzowałby się wystarczająco wysoką rozdzielczością podczas mierzenia pola magnetycznego. Tylko takie urządzenie jest bowiem w stanie śledzić zachowanie elektronów w badanym materiale. Okazało się jednak, że wykorzystywany przez badaczy czujnik był na tyle wrażliwy, że nie tylko był w stanie śledzić — tak jak to się zwykle bada — elektrony w ekstremalnie niskich temperaturach, ale także w temperaturze pokojowej, co znacznie ułatwiło poszukiwanie wirów.
Za pomocą czujnika naukowcy przyglądali się powierzchni warstwy grafenu oraz pojawiających się na nich małych polach magnetycznych wytwarzanych przez przepływające w materiale elektrony.
Warto jednak zauważyć jednak, jak wyglądał cały eksperyment. Aby rozpocząć poszukiwania wirów magnetycznych, ułożono po jednym pasku grafenu o szerokości 1 mikrona na dwóch krążkach o średnicy 1,2 oraz 3 mikronów.
Z badań teoretycznych wynikało, że wiry magnetyczne wytwarzane przez elektrony pojawią się na mniejszym dysku. Na większym już miało ich nie być.
Obserwacje prowadzone w warunkach temperatury pokojowej potwierdziły założenia teoretyczne. O ile elektrony na większym dysku płynęły bez żadnych zakłóceń, o tyle na mniejszym zaobserwowano wirowy ruch elektronów.
Do przeprowadzenia obserwacji wykorzystano diamentową igłę z wakatem azotowym na samym czubku. Jeżeli do całego układu dodamy wiązkę laserową oraz impulsy mikrofalowe, taka igła okazuje się niezwykle wrażliwa na wszelkie pola magnetyczne. Pamiętajmy jednak, że mówimy tutaj o polach magnetycznych wytwarzanych przez wiry elektronowe. Siłą rzeczy mogą być one ekstremalnie słabe, a więc aby je wykryć, igła diamentowa musi się znaleźć w bardzo małej odległości od poddawanego badaniom paska grafenu.
Czytaj także: Naukowcy dodali grafen do diamentu. Zmienił się nie tylko jego wygląd
W tym przypadku odległość między czubkiem igły a paskiem grafenu ustawiono na zaledwie 70 nm. W ten sposób stworzono układ zdolny dostrzec prądy elektronowe z rozdzielczością 100 nanometrów. I to właśnie w nich dostrzeżono charakterystyczne wiry.
To jednak dopiero początek badań nad tymi fascynującymi strukturami i nad zachowaniem elektronów. Badacze wciąż nie wiedzą, dlaczego takie wiry powstają, choć już byli w stanie je wywołać i zarejestrować. Możemy być pewni, że każde odkrycie w tej dziedzinie spowoduje powstanie nowych pytań. Z każdą odpowiedzią, na każde kolejne pytanie, będziemy coraz bliżej poznania prawdy o naturze otaczającej nas rzeczywistości. I to chyba w tym wszystkim jest najważniejsze.
