第2章　石墨烯的電磁特性與建模

2.1　引言

電子在二維的石墨烯中傳播時(shí)，能量與動(dòng)量滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系，行為類(lèi)似無(wú)質(zhì)量的狄拉克費(fèi)米子（Dirac Fermions）［1-3］。因此，石墨烯可以用相對(duì)論的狄拉克方程而非有質(zhì)量的薛定諤方程來(lái)描述，其電子特性符合二維電子氣，并可以106 m·s-1的速度高速運(yùn)動(dòng)［1，2］。

石墨烯表現(xiàn)出二維狄拉克費(fèi)米子的各種輸運(yùn)特征，如特定整數(shù)和分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)（Quantum Hall Effects）［4，5］及具有π相移的舒布尼科夫-德哈斯振蕩（Shubnikov-de Haas Oscillations）現(xiàn)象［1］等。此外，即使載流子濃度趨于0時(shí)，石墨烯仍具有約4e2·h-1的電導(dǎo)率［1］；在懸浮的石墨烯樣品中曾觀察到可達(dá)106 cm2·V-1·s-1的載流子遷移率。再加上室溫下的近彈道傳輸特性，使得石墨烯成為納米電子領(lǐng)域潛在應(yīng)用價(jià)值的材料［6，7］，特別是在高頻應(yīng)用領(lǐng)域［8］。

石墨烯還具有優(yōu)異的光學(xué)性能。例如，盡管只有單原子的厚度，但依然肉眼可見(jiàn)。其透射率（T）可用精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)（Fine-structure Constant）表示［9-11］。狄拉克電子是線(xiàn)性色散的，所以石墨烯可以在很寬的頻率工作，使得寬帶應(yīng)用成為可能。泡利阻塞（Pauli Blocking）［12，13］會(huì)造成飽和吸收，而非平衡載流子會(huì)導(dǎo)致熱發(fā)光［14-17］。化學(xué)和物理處理也可以導(dǎo)致發(fā)光［18-21］。這些特性共同促使其成為一種理想的光子和光電子材料。