grafén

Illustrasjonen viser grafén: ett lag av karbonatomer ordnet i et heksagonalt gitter.

Krystallgitteret til grafen. av . CC BY SA 3.0

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

Faktaboks

Også kjent som

grafen

Engelsk: graphene

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.

Historikk

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.

Egenskaper

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.

Elektroniske egenskaper

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.

Mekaniske egenskaper

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

Litteratur

  • 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).

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg