石墨烯光学性质

石墨烯具有优异的光学和电学性能，与硅基半导体工艺的兼容性，独特的二维原子晶体材料，优异的机械性能，超高的热导率和载流子迁移率，超带宽的光学响应谱极强的非线性光学特性。

新型光学和光电器件领域，基于石墨烯的新型光电器件先后被研制出。

光子和光电子器件领域的应用。

1.全内反射结构下，石墨烯与光相互作用的增强及其偏振依赖性质，以及该性质在光学传感、光存储、细胞传感方面的发现。

2.光电探测、全内反射结构、偏振吸收、光学传感
3.金刚石石墨（三维）石墨烯（二维）碳纳米管（一维）富勒烯（零维）组成完整碳材料家族，除金刚石外所有碳晶体的基本结构单元。

4.制备，石墨烯缺乏带隙以及室温下的超高电子迁移率、低于银铜的电阻率、高热导率，在光电晶体管、生化传感器、电池电极材料和复合材料有很高应用价值。

光电探测
5.石墨烯能带结构；紧束缚近似；最近邻相互作用；置次晶格的对称性；布里渊区的k 和k ’点导带和价带是简并的，导致石墨烯能带的线性色散关系；此处电子表现为狄拉克菲米子；k 和k ’附近的电子能量的色散关系表现为各向同行的特点，称为狄拉克锥；远离k 和k ’位置，等能面变为扭曲的三角形，反映了碳原子六边形晶格的对称性；离k 和k ’更远处的M 点为一个鞍点，此处沿着M-K ，M-Γ方向运动的电子具有正负的有效质量。

在布里渊区中心Γ，导带和价带的π电子态具有20ev 的能量差。

Γ点附近的能带的等能面也表现为各向同性的特点，但色散关系为双曲线型。

6.本征石墨烯，费米能级位于狄拉克点处；此时电子通过带间跃迁从价带迁到导带；对于n 型和p 掺杂的石墨烯，费米能级会移动，n 型掺杂，掺入的电子将填充导带底，因此费米能级上移。

导带底部和价带顶部的电子吸收能量都可以发生跃迁。

价带电子至少获得F E 2的能量才能发生带间对称跃迁。

特殊的能带结构，所以具有其他半导体材料所没有的特殊光学性质。

7.石墨烯光学性质；布里渊区k 点能量和动能成线性关系，载流子有效质量为0；有别于传统材料电子结构；具有量子霍尔效应和室温下的载流子近弹道传输。

单层石墨烯吸光率很高；狄拉克电子的线性分布使石墨烯对从可见到太赫兹卡宽波段每层吸收 2.3%的光。

狄拉克电
子的超快动力学和泡利组阻隔在锥形能带结构中的存在，赋予非线性光学性质；电子能带结构；本征单层石墨烯的动力学光导与入射光频率无关。