Электроны в графене ведут себя достаточно необычно, как показали лауреаты нобелевской премии Андре Гейм и Константин Новоселов. Их «коллеги по ремеслу» из Франции выполнили ряд новых экспериментов по туннелированию электронов на графене — материале толщиной 1 атом.

Результаты исследования, опубликованные в издании European Physical Journal B, описывают анализ теоретических и экспериментальных результатов туннелирования электронов через энергетические барьеры в графене.

Графен, являющийся не менее хорошим проводником при комнатной температуре, что и медь, выигрывает у множества других материалов как проводник при высоких температурах. Все благодаря сотовидной решетчатой структуре и практически полной прозрачности, что делает графен подходящим и для других применений, включая сенсорные экраны и световые панели.

Частично объяснить свойства графена можно тем, что электроны, путешествуя по нему, ведут себя так, как если бы они были безмассовыми частицами. Их поведение описано так называемым безмассовым уравнением Дирака, которое обычно используется для высокоэнергетических частиц, таких как нейтрино, перемещающихся со скоростью, близкой к скорости света. Однако электроны в графене перемещаются с постоянной скоростью в 300 раз меньше скорости света.

В своем обзоре П. Эллейн и Джей Фукс из университета Париж-юг, сосредоточились на проявлении эффекта туннелирования, когда электроны Дирака, содержащиеся в графене, передаются через различные типы энергетических барьеров. Вопреки законам классической механики, управляющим частицами большего масштаба, неспособными преодолеть энергетические барьеры, электронное туннелирование возможно в квантовой механике — хотя и в ограниченных условиях, в зависимости от ширины и высоты барьера.

Как бы то ни было, электроны Дирака, содержащиеся в графене, способны путешествовать через энергетические барьеры независимо от их ширины и энергетической высоты. Феномен называется туннелирование Клейна; описан теоретически для трехмерных массивных электронов Дирака шведским физиком Оскаром Клейном в 1929 году.

Графен был первым материалом, в котором туннелирование Клейна наблюдалось экспериментально.