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石墨烯的電子性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu)

作者：中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司來源：http://www.sikpqwc.cn 日期：2018-08-17 16:06:13

　　石墨烯最令人驚奇的是其非常特殊的電子（電學(xué)）性質(zhì)。和其他絕大多數(shù)二維材料不同，它是一個(gè)零帶隙半導(dǎo)體，該性質(zhì)取決于其特殊的能帶結(jié)構(gòu)。理想石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)是完全對(duì)稱的錐形價(jià)帶（valence band）和導(dǎo)帶（conduction band）對(duì)稱的的分布在費(fèi)米能級(jí)（Fermi level）上下，導(dǎo)帶和價(jià)帶的交叉點(diǎn)即為狄拉克點(diǎn)（Dirac point）。

　　和普通金屬或半導(dǎo)體不同，石墨烯中電子不遵循薛定諤方程，而是遵循狄拉克方程。這是因?yàn)椋孩倜恳粋€(gè)C—C鍵都有一個(gè)成鍵軌道和反鍵軌道，且以C—C鍵為平面完全對(duì)稱；②整個(gè)石墨烯分子結(jié)構(gòu)中的每個(gè)π鍵相互共軛形成了巨大的共軛大π鍵，電子或空穴在如此巨大的共軛體系中可以以很高的電子費(fèi)米速率（vF≈106m?s-1）移動(dòng)，表現(xiàn)出零質(zhì)量行為，從根本上說，石墨烯中許多電子行為類似于二維電子氣，質(zhì)量只有自由電子的1/10。

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