Описание слайда:
Свойства графена 1. Электронные свойства новой формы углерода коренным образом отличаются от свойств трехмерных веществ. В частности, эксперименты подтвердили предсказания теоретиков о линейном законе дисперсии электронов. Но физикам было известно, что подобную зависимость энергии от импульса имеют и фотоны — безмассовые частицы, распространяющиеся в пространстве со скоростью света. Это означает, что электроны в графене, как и фотоны, не имеют массы, но движутся в 300 раз медленнее фотонов и имеют ненулевой заряд. (нулевая масса электронов наблюдается только в пределах графена. Если такой электрон удалось бы «вытянуть» из графена, то он приобрел бы свои обычные свойства.) 2. Линейный закон дисперсии электронов, а также то, что они являются фермионами (имеют полуцелый спин), вынуждает использовать для описания графена не уравнение Шредингера, как в физике твердого тела, а уравнение Дирака. Поэтому электроны в графене называют дираковскими фермионами, а определенные участки кристаллической структуры графена, для которых закон дисперсии линеен, — дираковскими точками. 3. Поскольку эти особенности поведения электронов в двумерном углероде присущи релятивистским частицам (со скоростью движения близкой к скорости света), появляется возможность экспериментальным образом смоделировать в графене некоторые эффекты из физики высоких энергий (например, парадокс Клейна), которые в обычных условиях исследуются в ускорителях заряженных частиц. Поэтому графен в шутку называют «настольным ЦЕРНом» (ЦЕРН — Европейский центр ядерных исследований, под его эгидой работает Большой адронный коллайдер). 4. В макроскопическом масштабе линейный закон дисперсии приводит к тому, что графен является полуметаллом, то есть полупроводником с нулевой шириной запрещенной зоны, а его проводимость в нормальных условиях не уступает проводимости меди. Более того, его электроны чрезвычайно чувствительны к воздействию внешнего электрического поля, поэтому подвижность носителей заряда в графене при комнатной температуре теоретически может достигать рекордных значений — в 100 раз больше, чем у кремния, и в 20 раз больше, чем у арсенида галлия. Эти два полупроводника, наряду с германием, наиболее часто используются при создании различных высокотехнологичных устройств (интегральных схем, диодов, детекторов и т. п.), а поскольку быстрота и эффективность их работы определяется как раз подвижностью электронов, то чем больше эта величина, тем быстрее и производительнее работают устройства. 5. Графен установил рекорд и по теплопроводности. Измеренный коэффициент теплопроводности двумерного углерода в 10 раз больше коэффициента теплопроводности меди, которая считается отличным проводником теплоты. Интересно, что до открытия графена звание лучшего проводника тепла принадлежало другой аллотропной форме углерода — углеродной нанотрубке. Графен улучшил этот показатель почти в 1,5 раза.
