单层石墨烯的计算物理研究之介绍.PDF

單層石墨烯的計算 物理研究之介紹 撰文　樊曉峰、郭哲來 自 2004 年，由單原子層構成的二維六角結構的石墨烯在 SiO 表面上被發現以來， 2 其奇異的二維電子特性和具有柔韌性的二維晶體膜結構引發了巨大的研究熱潮，包括 其生長機制，物理特性，電子輸運機制，結構調整，化學修飾，以及在電子器件上的 應用等各個方面的研究。對石墨烯以及結構改變後的石墨烯材料的晶體結構和電子能 帶結構的理論理解對石墨烯材料在各個應用研究方面具有重要的指導意義。這篇文章 主要從計算物理的角度介紹了石墨烯的電子能帶，石墨烯納米帶的電子結構，石墨烯 的結構變化導致的電子性質改變，石墨烯中的雜質態以及石墨烯的電導特性。 1. 石墨烯研究狀態簡介 等的吸附 ，由於層間的弱相互用來構造插層材料用 1 3 於作為電池的電機材料 ，因其對中子的阻隔特性成 碳以其特殊的電子組態(2 2 ), 容易形成穩定的 s p 為重要的核反應材料 。重要的是其sp2 雜化電子組態 立體結構的化學鍵 ，從而形成碳鍵組成的有機結構 ， 可以苯環為基本結構 ，使之形成穩定的二維網路 ， 成為生命體結構的主要組成元素 。碳以其可以形成 1 2 如二維苯環基小分子 ，碳管 和富勒烯 ，如圖一所 不同能態化合物 ，特別是其能與氫作用而使碳原子 示 。二維苯環基小分子通常被認為其邊緣需氫等元 之間形成單鍵 ，雙鍵 ，和三鍵 ，從而使其成為有機 素鈍化而穩定 ，富勒烯則由於其閉合性被認為穩定 ， 化學的基礎和主要的能源材料 。碳在無機材料中以 3 2 碳管則由於僅有有限的邊界而穩定 。單層的二維石 其重要的 和 雜化電子組態而形成兩個重要的 sp sp 墨單晶 ，因其面外聲子振動模式的存在 ，並不認為 碳材料 ，石墨和金剛石 。金剛石因其穩定的結構和 能夠孤立的穩定存在 。因此 ，單層的二維石墨單晶 ， 高能電子帶隙成為良好的切割材料 ，超硬材料 ，電 石墨烯 ，於2004 年通過在SiO 表面上巧妙的光學 絕緣材料等功能材料 。其還因透光性好和對光的折 2 3 效應被觀測到 ，且具有奇異的電學特性 ，引起廣泛 射特性成為美麗的鑽石 ，因原子品質小和鍵強度高 ，