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石墨烯的电子性质和能带结构

作者: 发布时间:2020-03-10

  石墨烯令人惊奇的是其非常特殊的电子(电学)性质。和其他绝大多数二维材料不同,它是一个零带隙半导体,该性质取决于其特殊的能带结构。理想石墨烯的能带结构是完全对称的锥形价带(valence band)和导带(conduction band)对称的的分布在费米能级(Fermi level)上下,导带和价带的交叉点即为狄拉克点(Dirac point)。

  和普通金属或半导体不同,石墨烯中电子不遵循薛定谔方程,而是遵循狄拉克方程。这是因为:①每一个C—C键都有一个成键轨道和反键轨道,且以C—C键为平面完全对称;②整个石墨烯分子结构中的每个π键相互共轭形成了巨大的共轭大π键,电子或空穴在如此巨大的共轭体系中可以以很高的电子费米速率(vF≈106m?s-1)移动,表现出零质量行为,从根本上说,石墨烯中许多电子行为类似于二维电子气,质量只有自由电子的1/10。


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