石墨烯中 Dirac 流体黏性流的成像

电荷中性石墨烯中的电子-空穴等离子体被预测可实现一种量子临界系统，其输运具有普适的流体力学描述，即便在室温下亦如此。这一量子临界“Dirac 流体”的预期剪切黏度接近最小下界，其粒子间散射率饱和于 Planck 时间 $\hbar/(k_B T)$。尽管有限载流子密度下的电输运测量与石墨烯中的流体力学电子流一致，但黏性行为的“确凿证据”仍难以捉摸。在本工作中，我们通过测量相关的杂散磁场，在室温下直接对石墨烯中的黏性 Dirac 流体流进行成像。纳米尺度磁成像利用金刚石中氮空位（NV）中心实现的量子自旋磁强计完成。扫描单自旋与宽场磁强计揭示了石墨烯通道在电荷中性点附近电子流的抛物线 Poiseuille 剖面，确立了 Dirac 流体的黏性输运。该测量与在欧姆导体中成像得到的常规均匀流剖面形成对比。通过成像-输运联合测量，我们获得了黏度与散射率，并观察到这些量与量子临界下预期的普适值相当。该发现确立了室温下中性石墨烯中近乎理想的电子流体。我们的结果为研究高温超导体中强关联电子相关的量子临界流体中的流体力学输运铺平了道路。本工作也凸显了量子自旋磁强计在纳米尺度探测关联电子现象的能力。