石墨烯的电子结构及其应用,缺陷对石墨烯电子结构的影响

石墨烯的电子结构及其应用,缺陷对石墨烯电子结构的影响

石墨烯是由碳原子构成的二维单层片状结构的新材料，多年来一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，２００４年，英国曼彻斯特大学安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫成功地在实验室从石墨中分离出石墨烯，确认石墨烯可以单独存在。从此，石墨烯制备和应用研究成为材料科学的一大研究热点。石墨烯具有独特的电子性质，在器件应用上展现出巨大的应用潜力，被认为是最有可能取代硅的新型电子材料。与碳纳米管不同，石墨烯存在完美的杂化结构，大的共轭体系使其电子输运能力很强，载流子输运实验显示在室温下石墨烯具有非同寻常的高电子迁移率，大于１５０００ｃｍ２Ｖ－１ｓ－１。电导率实验的对称性说明空穴和电子的迁移率几乎相同，并且在１０～１００Ｋ温度范围内，迁移率不受温度影响，这说明石墨烯中电子主要的散射机理是缺陷散射。硅基的微计算机处理器在室温下每秒钟只能执行一定数量的操作，而电子在石墨烯中穿行没有任何阻力，产生的热量也很少，而且石墨烯本身具有较高的热导率，因此石墨烯电子产品比硅具有更高的运行速率。由于制备石墨烯的原料是价格低廉的石墨，用石墨烯替代硅制造电子产品的应用前景广阔

以石墨烯为基础的等离子震荡技术可以让新颖的光学设备响应不同的频率波段，从太赫兹到可见光，响应速率快，激发电压低，能量损耗小，体积尺寸小。利用太赫兹光谱学可以研究外延生长的石墨烯层与石墨烯器件中光生电子和空穴的超快弛豫和复合等动态过程。在半导体芯片上制作太赫兹的发射器和探测器是一项很有吸引力而且必要的技术，这样可以减小太赫兹系统的尺寸并且拓宽太赫兹的应用范围。

石墨烯表现出的特殊宏观性能源于其独特的电子结构。二维石墨烯中的电子能以极高速运动，行为类似无静止质量的相对论性粒子（狄拉克粒子Ｄｉｒａｃｐａｒ－ｔｉｃｌｅ）。石墨烯的出现使得相对论量子力学不再仅局限于宇宙学或高能物理领域，而是进入了日常生活状态下的实验室中。石墨烯中的电子各种性质引起众多科学家的兴趣，如室温下的量子霍尔效应、极性电子场载流子运输、可调带隙、高伸缩性等。Ｏｈｃａ等通过调整每一层石墨烯上载流子的浓度来改变库仑势，进而控制价带与导带间带隙宽度，这种带隙的可