Пол Тибадо

Пол М. Тибадо — профессор физики Университета Арканзаса. Его работы о собственном движении свободно подвешенного графена — наиболее часто приводимая научная точка отсчёта нейтриновольтаики.

Исходная загадка

Отдельный слой графена не плоский. Он идёт волнами в третьем измерении — и эти волны суть причина, почему строго двумерный кристалл вообще может быть устойчив при комнатной температуре. Без них его должно было бы разрушить тепловое движение.

Группа Тибадо исследовала это движение сканирующим туннельным микроскопом, который долгое время наблюдает отдельные области размером в несколько нанометров.

Неожиданная находка

Ожидать следовало бы равномерного дрожания, какое порождает обычное тепловое движение, — множества малых случайных отклонений вокруг среднего положения.

Найдено было иное. Мембрана довольно долго пребывает в одной форме изгиба и затем внезапно перещёлкивается в противоположную. Между этими скачками лежит множество малых колебаний.

Такие движения с редкими большими размахами называются в статистике движением Леви. Математически они отличаются от обычного броуновского движения, и группа опубликовала эту находку в 2016 году в Physical Review Letters.

Шаг к энергии

Когда заряженная поверхность движется, меняется электрическое поле в её окружении. Если подвести противоэлектрод, возникает переменный ток.

Одного этого мало — переменный ток из случайного движения усредняется до нуля. Нужно выпрямление, то есть эффект храповика.

Группа Тибадо связала свободно подвешенный графен через диоды со схемой и опубликовала в 2020 году в Physical Review E измерение полученного отсюда тока.

Возражение и обращение с ним

Именно здесь начинается научная дискуссия, и у неё есть почтенная отправная точка.

Ричард Фейнман разбирал в своих лекциях мысленный эксперимент Мариана Смолуховского: лопастное колесо, подталкиваемое молекулами, соединённое с храповиком, допускающим лишь одно направление вращения. Фейнман показал, что это не работает — собачка сама настолько мала, что её подталкивает тепловое движение и она отскакивает назад ровно так часто, что выигрыш сходит на нет. Пока всё имеет одну и ту же температуру, не остаётся ничего.

Перенесённое на установку Тибадо, возражение гласит: у диодов тоже есть температура, и они шумят. Чистое доказательство должно показать, что измеренный ток не происходит из этого собственного шума.

Группа представила по этому поводу несколько работ и доказывает, что движение графена из-за своего левиевского характера не соответствует тому простому равновесному случаю, который разбирал Фейнман.

Вопрос по сей день открыт. Что было измерено — бесспорно; чем это вызвано — исследуется дальше.

Почему группа на это ссылается

Neutrino® Energy Group приводит работы Тибадо как один из нескольких строительных элементов. Связь очевидна: если из собственного движения графеновой решётки можно получить направленный ток, то это в малом ровно тот процесс, который в большом масштабе должна осуществлять многослойная плёнка из графена и кремния.

Основное уравнение описывает этот вклад как один канал среди нескольких — наряду с импульсами частиц, космическими мюонами и электромагнитными колебаниями.

Оценка

Работы Тибадо вышли в рецензируемых научных журналах и продолжают там обсуждаться — их не игнорируют и не опровергают.

Это ровно то положение, в котором часто находятся фундаментальные исследования, и его можно без преувеличения описать в обе стороны: измеренный эффект, спорное толкование, открытые вопросы. Кто хочет оценить нейтриновольтаику, найдёт здесь самую честную точку приложения.

Родственные понятия

Источники

  • P. Thibado и др.: Fluctuation-induced current from freestanding graphene, Physical Review E 102, 042101 (2020).
  • M. L. Ackerman и др.: Anomalous Dynamical Behavior of Freestanding Graphene Membranes, Physical Review Letters 117, 126801 (2016).