Grafén er et materiale som består at ett enkelt lag av karbonatomer ordnet i et heksagonalt mønster (se figur). 

Materialet ble først fremstilt i isolert form i 2004 av Andre Geim og Konstantin Novoselov. For denne oppdagelsen mottok de Nobelprisen i fysikk i 2010.

Grafén ble utforsket fra et teoretisk ståsted av den kanadiske fysikeren Philip Wallace i 1947. Analysen viste at elektronene i grafén oppfører seg som om de var masseløse og relativistiske, selv om de beveger seg med hastigheter langt mindre enn lyshastigheten.

Først i 2004 lyktes det fysikere å isolere ett enkelt lag av karbonatomer. Geim og Novoselov brukte en såkalt Scotch Tape-teknikk som gjorde det mulig å separere grafén fra grafitt, hvilket førte til at de mottok Nobelprisen i fysikk 2010.

Siden grafén har en tykkelse på kun ett atom, kan det beskrives som et to-dimensjonalt materiale. Blant de mange unike egenskapene til dette materialet, kan styrken og den relativistiske elektronoppførselen nevnes. 

Det foregår mye forskning på grafén for å utforske nye anvendelser innen elektronikk og materialfysikk.

Båndstrukturen i grafén fører til at elektronene beveger seg som om de var relativistiske og masseløse. En bruker derfor Dirac-likningen for å beskrive elektronene, til tross for at de beveger seg med Fermi-hastigheten, som er langt mindre enn lyshastigheten. Dette fører til en rekke unike fenomener, som for eksempel Klein-tunnelering i grafén.

Elektronmobiliteten er svært høy i grafén. Verdier over 120 000 cm2/V s har blitt oppnådd. Til sammenlikning er mobiliteten i silisium to størrelsesordener lavere.

I rent grafén berører bunnen av ledningsbåndet toppen av valensbåndet, noe som medfører at det elektriske båndgapet er null. Dette skjer ved de seks såkalte Dirac-punktene i det resiproke rommet.

Grafén er omtrent 200 ganger sterkere enn stål og er det sterkeste materialet kjent per dags dato. Det har en elastisitetsmodul på 1 TPa.

  • Teoretisk analyse: Wallace, P. R. The Band Theory of Graphite. Physical Review 71 (9): 622–634 (1947).
  • Eksperimentell fremstilling: Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov, S. V.; Jiang, D.; Katsnelson, M. I.; Grigorieva, I. V.; Dubonos, S. V.; Firsov, A. A. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene. Nature 438 (7065): 197–200 (2005).
  • Eksperimentell fremstilling: Zhang, Y.; Tan, Y. W.; Stormer, H. L.; Kim, P. Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene. Nature 438 (7065): 201–204 (2005).

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om eller kommentarer til artikkelen?

Kommentaren din vil bli publisert under artikkelen, og fagansvarlig eller redaktør vil svare når de har mulighet.

Du må være logget inn for å kommentere.