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石墨烯的晶格和能带结构详细资料概述
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2020-02-22
阳光qw
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在半导体中，电子的能带结构决定了电子允许和被禁止的能量范围，并决定了半导体材料的电学及光学性质。孤立原子的电子占据一定的原子轨道，形成一系列分立的能级。
石墨烯的晶格结构非常稳定，电子在轨道中移动所受到的干扰非常小，具有优秀的导电性能。这种结构导致石墨烯独特的电子能带结构，如图1（b）所示，第一布里渊区的六个顶点为费米点（也称为狄拉克点或K点），导带和价带关于狄拉克点对称，因此在纯净的石墨烯中，电子和空穴具有相同的性质。即在狄拉克点附近，电子的能量与波矢成线性的色散关系，E=VFP=VFhk。其中，VF为费米速度，大约为光速的1/300，k为波矢。因此，K点附近电子由于受到周围对称晶格势场的作用，载流子的有效静质量为0，费米速度接近于光速，呈现相对论的特性。所以K点附近的电子性质应该用狄拉克方程（Dirac）进行描述，而不是用薛定谔方程（Schrodinger）进行描绘。石墨烯的载流子的迁移率超过200，000cm2*V-1*s-1，纯净的石墨烯中电子的平均自由程达亚微米量级，近似为弹道运输，这在制造高速器件上有着诱人的潜力。
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