2026年4月15日——数十年来，物理学家一直试图回答一个根本性问题：电子能否像遵循普适量子值的无摩擦完美流体般运动？要探测这种非常规行为被证实极具挑战性。在实际材料中，原子缺陷和杂质等微小瑕疵往往会破坏这些精密的量子效应，使其几乎无法被观测到。

如今，印度科学研究所物理系的研究人员与日本物质材料研究机构的合作者终于成功在石墨烯中捕捉到这种难以捉摸的量子流体。这种材料由单层碳原子以平面蜂窝状排列构成。发表于《自然·物理学》的研究成果为量子现象研究开辟了新途径，并将石墨烯打造为探索实验室环境下此前难以企及效应的强大平台。

印度科学研究所物理系教授、该研究的通讯作者之一阿尔因达姆·高希表示：“令人惊叹的是，在石墨烯发现20年后，仅凭单层结构我们仍能获得如此多的突破性发现。”

打破物理学基本定律

为揭示这一现象，该团队制备了超洁净石墨烯样品，并精确测量其热电传导特性。结果出人意料：这两种属性并未同步变化，而是呈现反向关联——电导率上升时热导率下降，反之亦然。

该发现直接违背了维德曼-弗朗兹定律。这一定律是金属热电传导性应成正比关系的经典理论。研究人员在低温环境下观测到偏离该定律200倍以上的异常现象，揭示了电荷与热量在材料中传输方式的惊人分离。

普适量子关联

尽管存在这种异常分离，其行为并非无规律可循。两种传导形式似乎都遵循与材料无关的普适常数。该常数与电导量子这一描述微观电子运动的基本物理量密切相关。

狄拉克流体与液态电子

这一非凡效应出现在被称为“狄拉克点”的特殊状态下——此时石墨烯处于金属与绝缘体的临界状态。通过调控电子数量，研究人员可精确抵达这一状态。

在此状态下，电子不再表现为独立粒子，而是像液体般集体流动。这种类流体运动虽类似水流，但流动阻力低得多。论文第一作者、物理系博士生阿尼凯特·马宗达尔解释道：“由于这种类水行为出现在狄拉克点附近，故称其为狄拉克流体——这种奇异物态模拟了欧洲核子研究中心粒子加速器中观测到的高能亚原子粒子'汤'，即夸克-胶子等离子体。”研究团队还测量了该流体的流动特性，发现其粘度极低，堪称迄今观测到最接近理想流体的实例之一。

极端物理学新窗口

这些发现使石墨烯成为探索极端环境物理现象的便捷经济载体。科学家如今可在实验室环境下研究高能物理与天体物理相关现象，包括黑洞热力学与纠缠熵标度律等前沿课题。

量子技术应用前景

除科学价值外，该发现具有实际应用潜力。石墨烯中狄拉克流体的存在或可推动高灵敏度量子传感器研发。此类器件能放大微弱电信号、探测微弱磁场，为传感与测量技术开启新纪元。