石墨烯的光电特性

石墨烯电池的原理及应用1. 石墨烯电池的原理石墨烯电池是一种新型电池技术，利用石墨烯材料作为电池的电极材料。

石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有优异的导电性、化学稳定性和机械强度。

石墨烯电池的原理主要包括电解质层、阳极和阴极。

1.1 电解质层电解质层是石墨烯电池中起到离子传导作用的层。

常用的电解质层材料有液态电解质和固态电解质。

液态电解质可以提供更好的离子传输性能，但同时也存在安全性和稳定性的问题。

固态电解质具有更好的稳定性和安全性，但离子传输性能较差。

选择合适的电解质材料对石墨烯电池的性能和应用至关重要。

1.2 阳极阳极是石墨烯电池中的正极。

石墨烯材料的优异导电性和高比表面积使得石墨烯阳极能够有效储存和释放电荷。

石墨烯阳极能够提高电池的能量密度和循环寿命，提高电池的性能。

1.3 阴极阴极是石墨烯电池中的负极。

常用的阴极材料有锂离子储能材料，例如氧化钴、氧化镍等。

阴极材料的选择对电池的能量密度和循环寿命有很大影响。

石墨烯材料能够提高阴极材料的电化学性能，提高电池的效率和循环寿命。

2. 石墨烯电池的应用石墨烯电池由于其优异的特性被广泛应用于各个领域，以下列举了几个主要的应用领域：2.1 储能领域石墨烯电池在储能领域中具有很高的应用价值。

其高能量密度、快速充放电和长循环寿命的特点使得石墨烯电池成为理想的储能解决方案。

石墨烯电池在电动车、手机、笔记本电脑等电子产品中得到广泛应用。

2.2 环保领域石墨烯电池在环保领域中也起到了重要的作用。

石墨烯材料具有良好的耐腐蚀性和高导电性，可以用于制备高效的环保传感器。

利用石墨烯电池可以检测和监测空气质量、水质污染等环境指标，对环境保护和监测起到积极的推动作用。

2.3 生命科学领域石墨烯电池在生命科学领域中也有广泛应用。

石墨烯材料具有高度的生物相容性和生物稳定性，可以用于制备高灵敏度的生物传感器。

利用石墨烯电池可以实现生物分子的检测和分析，提高生物医学诊断和治疗的效率。

石墨烯材料的特点以及在各个领域中的应用
石墨烯是一种由碳原子构成的单层薄炭素材料，具有许多独特的特点和广泛的应用。

以下是石墨烯材料的特点以及在各个领域中的应用。

特点：
1. 高强度和高硬度：石墨烯的强度比钢高200倍，硬度比金刚石高五倍。

2. 轻量和薄：石墨烯仅有一个原子层厚度，非常轻便。

3. 电子迁移速度快：电子在石墨烯中移动的速度非常快，是现有材料的几百倍。

4. 热稳定性好：石墨烯可以承受高温，不易熔化或分解。

5. 非常透明：石墨烯能够使90%的光线穿透，是目前已知的最透明的材料之一。

应用：
1. 电子学：石墨烯非常适合用于电子学领域，因为它的电子迁移速度非常快，在电子器件中能够提供更快的信号传输速度。

例如，石墨烯可以用于制造晶体管、场效应晶体管和光电二极管等。

2. 医学：石墨烯可以用于制造医用传感器和医疗设备。

例如，石墨烯传感器可以检测人体内某些化学物质的浓度，对于监测病情和治疗非常有用。

3. 能源：石墨烯还可以用于制造太阳能电池和储能器。

例如，石墨烯太阳能电池可以将太阳能转换为电能，而石墨烯储能器可以在短时间内存储大量电能。

4. 环境保护：石墨烯可以用于净化和过滤水和空气。

例如，石墨烯纳米过滤膜可以去除水中的杂质和污染物，而石墨烯纳米过滤器可以去除空气中的有害物质和颗粒物。

总之，石墨烯具有许多独特的特点和广泛的应用，在未来的科技领域中具有重要的发展前景。

二维材料的光电性质研究近年来，随着纳米科技的发展和应用的不断推进，二维材料的研究成为了材料科学领域的热点之一。

二维材料由单层或几层原子组成，拥有独特的电学、光学和热学性质，相对于传统材料具有更高的表面积、可调控性和晶体质量。

其中，二维材料的光电性质研究是一个特别引人关注的领域，本文将对此进行探讨。

首先，二维材料的光电性质主要包括光吸收、光发射和光电子输运等方面。

在光吸收方面，二维材料因其特殊的能带结构和禁带宽度，表现出了独特的吸收谱和吸收强度。

石墨烯作为最早被发现的二维材料之一，具有良好的光吸收特性，在可见光和红外光范围内表现出极高的吸收率。

此外，过渡金属二硫化物（TMDs）等二维材料也因其巨大的内部光学增强效应而成为研究热点。

通过调控二维材料的层厚、异质结构、应变等因素，可以有效改变其光吸收性能。

因此，深入研究二维材料的光吸收机制和吸收谱对于其光电器件的设计和性能优化具有重要意义。

其次，二维材料的光发射性质也备受关注。

光发射是指当二维材料受到光的激发时，通过光致激发、电子激发或能级跃迁等机制而发出的光子。

二维材料的光发射行为受到能带结构、尺寸效应、表面缺陷等因素的影响。

石墨烯作为典型的零维材料，其色散关系为线性，因此呈现出了无准二维自由载流子（电子和空穴）的独特电子结构和光学性质。

而TMDs等二维半导体材料则具有禁带宽度，因此具有可调控的光发射特性。

此外，二维材料在光发射方面还有激子和激发态的重要作用。

激子是带有正负电荷的束缚态复合体，具有较低的自由激子寿命和能级结构，特别适合用于实现低阈值激光器和光电二极管等器件。

最后，二维材料的光电子输运性质也是一个重要的研究方向。

光电子输运主要指的是当二维材料中光子激发到载流子激发后，在材料内部的输运过程。

二维材料的载流子束缚性和局域性较大，因此对于其光电子输运机制的研究具有重要的意义。

例如，石墨烯的载流子输运受到了量子霍尔效应的研究启发，发现石墨烯具有高度移动性和低耗散的特性。

石墨烯量子点cas石墨烯量子点（Graphene Quantum Dots，GQDs）是一种新型的纳米材料，在纳米科技领域引起了广泛的关注。

石墨烯量子点由石墨烯片层剥离而来，其直径一般为几个纳米至数十纳米，具有优异的光电特性和稳定的荧光发射能力。

这些特性使得石墨烯量子点成为生物传感、光电器件以及生物医学等领域中的研究热点。

石墨烯量子点具有许多独特的物理和化学特性，其应用潜能巨大。

首先，石墨烯量子点具有较高的载流子迁移率和较好的电子传输性能，使其成为新一代高性能电池和超级电容器的极具潜力的电极材料。

其次，由于石墨烯量子点具有宽广的能隙，可以实现可调控的荧光发射，因此在生物传感和荧光成像中有广泛的应用前景。

此外，石墨烯量子点还具有良好的化学稳定性和生物相容性，使其在药物传递和生物标记中具有很大的应用潜力。

在生物医学领域，石墨烯量子点被广泛用于药物传递和肿瘤诊断治疗等方面。

石墨烯量子点不仅能够作为药物载体，通过荧光成像技术实现定位、释放药物，还能够通过多种途径进入细胞内，从而提高药物的传递效率。

此外，石墨烯量子点还可以用于肿瘤诊断和治疗，通过与肿瘤细胞的特异性识别及光热转换等作用来实现对肿瘤的定位和治疗。

在光电器件方面，石墨烯量子点也有重要的应用价值。

石墨烯量子点被广泛用于光电导器件、光电转换器和染料敏化太阳能电池等领域。

石墨烯量子点具有优异的光电特性，能够在各种波长下吸收和发射光线，因此被视为新型的光电材料。

石墨烯量子点通过光电转换技术将太阳能转化为电能，不仅提高了太阳能电池的转换效率，还减小了设备的体积和重量，有望成为未来光电器件的重要组成部分。

石墨烯量子点的研究与开发离不开合成和表征技术的不断进步。

目前，石墨烯量子点的合成方法多种多样，包括化学还原法、溶胶-凝胶法、电化学法和激光剥离法等。

这些合成方法在制备高质量石墨烯量子点方面具有重要作用。

同时，表征技术也不断发展，包括透射电子显微镜、荧光光谱、拉曼光谱等手段，以实现对石墨烯量子点结构和性能的精确表征。

石墨烯技术的应用及前景展望一、石墨烯简介石墨烯是一种单层厚度为纳米级的碳材料，具有极高的导电性、热导率、机械强度和超轻质量等优异性能。

其结构由一层层的强共价键连接而成的六角形碳原子组成，具有较强的化学稳定性和生物相容性。

自2004年石墨烯首次被制备出来以来，其受到了广泛的研究和关注，由此产生了许多的石墨烯应用技术。

二、石墨烯技术的应用领域1. 电子行业石墨烯作为半导体材料，能够极大地提高电子器件的性能和加工效率。

石墨烯晶体管、石墨烯场效应晶体管、石墨烯超快速电路等将成为未来电子技术的核心组成部分。

2. 光电行业石墨烯具有优异的光电性能，能够制备出高效率的光伏电池、高性能的光电传感器、高亮度、高稳定性的LED灯等，在光电行业具有广阔的应用前景。

3. 材料行业石墨烯具有很高的强度、硬度和韧性，可以被制备成各种复合材料，被广泛应用于建筑、汽车工业等领域。

4. 生物医学石墨烯具有极好的生物相容性和生物稳定性，可以用于生物医学材料的制备和医疗器械的研发。

石墨烯的超薄结构和强烈的光电响应性质可以用于制造生物传感器和绿色荧光剂，并在生物光子学中提供全新的解决方案。

三、石墨烯技术的前景石墨烯技术的广泛应用，将深刻地影响人类现代科技的发展方向。

由于石墨烯具有非常高效的导电性和热导率，可以用于新型节能材料、新型锂电池、高效率的热电材料等。

除此之外，石墨烯还可以被制备成高效的催化剂和光催化剂，能够用于环保、化学工业等众多领域。

石墨烯技术将帮助解决许多现代科技所面临的挑战，具有巨大的市场潜力和发展前景。

与此同时，围绕着石墨烯技术的研究也在不断地推进。

人们正在努力探索其应用范围，开发新的石墨烯制备方法和技术。

石墨烯的可控性、可扩展性以及生产成本的降低也成为了研究重点，这将更有利于石墨烯技术的推广和工业化应用。

总之，石墨烯技术将会在未来的科技发展道路中发挥越来越重要的作用。

石墨烯具有不同于其他材料的独特优异性能，其应用领域将逐渐拓展，未来还将会有更多的惊人应用被发掘出来。

石墨烯材料在现代生活中的应用
石墨烯是由碳原子单层组成的二维材料，具有许多独特的性质，使其在现代生活中有广泛的应用。

1. 电子技术：石墨烯具有优异的电导率和电子迁移率，在电子器件中有重要应用。

例如，石墨烯可用于制造更快的晶体管和更小的芯片，以增强电子设备的性能和效率。

2. 光电器件：石墨烯对光的吸收率非常高，可用于制造传感器、光电探测器和光学元件。

由于其超薄透明性，石墨烯还可应用于柔性显示屏和触摸屏等领域。

3. 可穿戴设备：石墨烯具有柔性、轻薄和耐用的特性，使其适合用于制造可穿戴设备。

例如，石墨烯传感器可用于监测生物指标（如心率和体温），以及制作柔性电池和柔性电子电路。

4. 能源存储：石墨烯材料在能源存储方面有很大潜力。

石墨烯超级电容器可以用于高效储能和快速充电，而石墨烯包覆的锂离子电池材料可提高电池容量和循环寿命。

5. 过滤和分离技术：石墨烯具有纳米孔隙结构，可用于过滤和分离杂质、气体和液体。

例如，在水处理中，石墨烯薄膜可以用于去除污染物和重金属。

6. 生物医学应用：石墨烯对生物体相容性良好，并可用于生物传感器、药物传递和细胞成像。

它可以用于癌症治疗、组织工程和生物传感器等领域。

总之，石墨烯材料在电子技术、光电器件、可穿戴设备、能源存储、过滤和分离技术以及生物医学应用等方面具有巨大的潜力，将在现代生活中发挥重要作用。

石墨烯的性质和应用随着科学技术的不断进步，许多新材料的诞生改变了我们的生活和工作方式。

其中，石墨烯是一种备受关注的新型材料。

它的特殊性质和广泛的应用前景吸引了无数科学家和工程师的关注。

本文就石墨烯的性质和应用进行探讨。

一、石墨烯的性质石墨烯是一种由碳原子组成的2D平面结构材料，具有许多独特的物理性质。

1. 单层结构石墨烯由单层的碳原子组成，具有纳米级厚度。

它的厚度只有一层原子，因此也被称为二维材料。

石墨烯的单层结构赋予了它其他材料所不具备的独特性质。

2. 强度高石墨烯的强度非常高，是钢铁的200倍以上。

它的强度来自于碳原子之间的强共价键。

在应用中，石墨烯的高强度可以使其成为构造材料、抗弯曲材料等。

3. 导电性好石墨烯的电阻率非常小，是铜的5倍，是硅的10倍。

这是因为石墨烯的碳原子之间结合紧密，电子可以自由地在其表面运动。

石墨烯的导电性和电子移动速度远高于其他材料，可用于制作导线、集成电路等。

4. 热传导性好石墨烯的热导率很高，是铜的两倍以上，这是由于碳原子之间的距离很短，区域摆动自由度少。

石墨烯可以作为散热材料、微型发电机等。

二、石墨烯的应用石墨烯的独特性质使其在许多领域都有着广泛的应用前景。

下面就石墨烯的一些应用进行简要介绍。

1. 电子学领域石墨烯是目前最好的导电材料之一，其热传导能力也非常强。

在电子领域，石墨烯可用于制作高速电子器件、新型集成电路等。

石墨烯的出现也有望解决传统硅电路面临的热问题。

2. 机械领域石墨烯的强度高、韧性好，也极具抗氧化性能。

这使其可以作为材料加固增强和防腐，也能用于制作高强度结构材料和防爆材料等。

3. 光电领域石墨烯具有极好的吸收、透过性能和宽光谱响应。

因此它可作为透光材料、红外光材料、发光材料和太阳能电池等。

4. 生物领域石墨烯在生物领域也有着广泛的应用，它可以用于制备药物载体、分子传感器和免疫芯片等。

总之，石墨烯是一种具有广泛应用潜力的新型材料。

虽然它的商业应用还处于发展阶段，但其一个个神奇的性质和应用前景已经吸引了许多科学家和工程师的关注。

石墨烯量子点应用
石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体，具有高导电性、高强度和高透明度等优异的物理和化学特性。

石墨烯量子点则是一种由石墨烯材料切割、剥离和化学修饰得到的纳米颗粒，具有尺寸可控、光学性质优异等特点。

那么，石墨烯量子点有哪些应用呢？
1.生物医学领域
石墨烯量子点的生物相容性好，可以作为生物成像和生物传感器的材料。

例如，石墨烯量子点可以用于活细胞成像、肿瘤细胞检测和药物分子传递等应用。

2.光电子学领域
石墨烯量子点具有宽带隙、高载流子迁移率和强光致荧光等特性，可以作为高性能光电子器件的材料。

例如，石墨烯量子点可以用于光电探测器、太阳能电池和发光二极管等应用。

3.环境领域
石墨烯量子点可以作为生物和化学传感器的材料，用于检测环境污染物和生物分子。

例如，石墨烯量子点可以用于检测水中重金属离子、空气中有害气体和土壤中有害化学物质等应用。

4.电子器件领域
石墨烯量子点可以作为半导体材料，用于制造高性能电子器件。

例如，石墨烯量子点可以用于制造场效应晶体管、透明导电膜和存储器等应用。

石墨烯量子点具有广泛的应用前景，未来将有更多的应用场景出现。

然而，目前石墨烯量子点在大规模制备、长期稳定性和应用环境等方面仍存在一些挑战，需要进一步研究和解决。

石墨的拉曼光谱
石墨烯是sp2碳原子紧密堆积形成的六边形蜂窝状结构的二维原子晶体，是构建其它sp2杂化碳的同素异形体的基本组成部分。

石墨烯具有超高的电导率和热导率、巨大的理论比表面积、极高的杨氏模量和抗拉强度，可望在微纳电子器件、光电检测与转换材料、结构和功能增强复合材料及储能等广阔的领域得到应用。

拉曼光谱在石墨烯的层数表征方面具有独特的优势，完美的单洛伦兹峰型的二阶拉曼峰（G'峰）是判定单层石墨烯简单而有效的方法，而多层石墨烯由于电子能带结构发生裂分使其G'峰可以拟合为多个洛伦兹峰的叠加。

石墨烯的拉曼光谱可以反映出其质量，如缺陷D峰，以及化学修饰程度的一个重要指标D'峰。

另外，石墨烯的层间堆垛方式、所处的环境温度、应力作用以及基底效应也会反映在其拉曼光谱特征峰的变化上。

通过对石墨烯的拉曼光谱进行分析，可以很好地对石墨烯中的电子-电子、电子-声子相互作用及其拉曼散射过程进行系统的研究。

石墨烯的功效及应用石墨烯是由碳原子构成的一种二维层状结构材料，厚度仅为一个原子层。

其它厚度、电学、热学、光学和机械性能上的特点使得石墨烯在不同领域具有广泛的应用前景。

以下将详细介绍石墨烯的功效及应用。

首先，石墨烯具有优异的电学性能。

它是目前已知的最好的电导体之一，电子在其中有几乎无阻碍的运动。

这使得石墨烯能广泛应用于电子器件领域，如高速场效应晶体管、石墨烯超级电容器和石墨烯化学传感器等。

此外，石墨烯还具有非常高的载流子迁移率和柔韧性，这些特点使得石墨烯在可穿戴设备和柔性电子学领域有着广泛的应用前景。

其次，石墨烯具有出色的热学性能。

石墨烯的热导率非常高，可达5000-6000 W/(m·K)，是铜的10倍。

这使得石墨烯在热管理领域有着广泛的应用潜力，例如用于高效散热的石墨烯导热薄膜、石墨烯基热界面材料以及石墨烯增强的高性能复合材料等。

此外，石墨烯还具有出色的光学性能。

它能够吸收宽波段的光，并且具有非常高的光吸收率。

这使得石墨烯在光电转换器件和光传感器等领域有着广泛的应用潜力。

例如，石墨烯太阳能电池可以通过吸收太阳光中的可见光和红外线光线来转化为电能，具有很高的能量转换效率。

此外，石墨烯还具有出色的机械性能。

它是目前已知的最强硬的材料之一，具有很高的拉伸强度和弹性模量。

这使得石墨烯在纳米机械领域有着广泛的应用潜力，如石墨烯纳米悬臂梁和石墨烯纳米弹簧等。

此外，石墨烯还具有非常好的柔韧性和韧性，可以制备出高性能的石墨烯基复合材料和石墨烯纤维等。

除了上述应用外，石墨烯在许多其他领域也有着广泛的应用潜力。

例如，石墨烯可以用于高效的储能装置，如超级电容器和锂离子电池等。

石墨烯还可以用于水处理领域，例如通过石墨烯薄膜进行海水淡化和水净化等。

此外，石墨烯还可以用于传感器、催化剂、生物医学和纳米药物输送等领域。

总之，石墨烯作为一种具有独特结构和性能的新型材料，在电子器件、热管理、光电转换、纳米机械等领域具有广泛的应用前景。

石墨烯和金刚石物理性质不同的原因首先，石墨烯由一个由碳原子组成的单层二维晶格构成，碳原子之间通过共价键相连，形成一个六角形的蜂窝状结构。

这种二维结构使得石墨烯在平面上具有很高的导电性和热导性，是一种优秀的导电材料。

此外，石墨烯的带电载流子在平面上的运动受到少量杂质和边界的影响较小，从而使得电流在其表面上可以以很快的速度传导。

相比之下，金刚石由四个碳原子通过共价键连接而成，形成一个立体的立方晶格。

这种三维结构使得金刚石具有非常高的硬度和强度，是一种优秀的切削和磨料材料。

此外，金刚石的化学键很稳定，使得其在常温下具有非常高的热稳定性。

其次，石墨烯和金刚石的结构差异也导致了它们的光学性质的差异。

石墨烯是一个零能隙材料，表示其在能量带结构中，价带和导带之间没有能隙，导致石墨烯在光照下具有很好的光电转换性能和优异的光吸收特性。

而金刚石则是一个宽能隙材料，能隙通常大于5电子伏特，这使得金刚石在可见光范围内基本是透明的，并且只能在紫外光范围内吸收和发射光线。

此外，石墨烯和金刚石的物理性质还受其晶格结构中杂质和缺陷的影响。

石墨烯中的基本缺陷是点缺陷，如碳原子的缺失或替代，这些缺陷会明显影响其物理性质，如导电性和热导性。

而金刚石晶格中的缺陷较少，其硬度和稳定性主要取决于其完整的晶格结构。

另外，石墨烯和金刚石的制备方式也导致它们物理性质的差异。

石墨烯的制备通常通过机械剥离、化学气相沉积和石墨化学剥离等方法进行，这些制备方法相对比较简单，易于实现大规模生产。

而金刚石的制备主要是通过高温高压下的化学气相沉积或化学液相沉积等复杂的过程来实现，制备工艺要求较高。

总之，石墨烯和金刚石的物理性质不同的主要原因在于其结构和化学键类型、能带结构差异以及制备方式的差异。

这也使得石墨烯和金刚石在不同的领域具有各自独特的应用价值。

石墨烯表面等离激元石墨烯是由碳原子构成的二维晶体结构，具有出色的电子输运性能和独特的光学特性。

而等离激元则是一种在金属或半导体表面产生的电子与光子耦合的现象。

石墨烯表面等离激元的研究引起了科学界的广泛关注，因为它在纳米光学和纳米电子学等领域具有巨大的潜力。

等离激元可以通过表面等离子体共振（SPR）和表面等离激元极化子共振（SPPR）来实现。

在石墨烯表面，等离激元可以通过调控石墨烯的电子结构和光学性质来实现。

石墨烯的电子结构可以通过调控外加电场、化学修饰或掺杂等方式来改变，而石墨烯的光学性质可以通过调控光的波长和入射角度等方式来改变。

石墨烯表面等离激元的研究不仅可以为纳米光学和纳米电子学领域提供新的研究思路和方法，还可以为新型光学器件和电子器件的设计和制备提供新的思路和方法。

例如，基于石墨烯表面等离激元的传感器可以实现高灵敏度、高选择性和高稳定性的检测。

基于石墨烯表面等离激元的光学调制器可以实现高速、低功耗和宽带的光信号调制。

基于石墨烯表面等离激元的光电二极管可以实现高效率、高速度和低噪声的光电转换。

石墨烯表面等离激元的研究也面临着一些挑战。

首先，石墨烯的制备和表面修饰技术需要进一步改进和发展。

其次，石墨烯的电子结构和光学性质的理论研究还不够完善，需要进一步深入研究。

此外，石墨烯表面等离激元的耦合效率和传输效率也需要进一步提高。

因此，我们需要加强实验和理论研究的合作，共同攻克这些挑战。

石墨烯表面等离激元是一个充满挑战和机遇的研究领域。

通过深入研究石墨烯表面等离激元的基本理论和应用前景，我们可以为纳米光学和纳米电子学领域的发展做出重要贡献。

同时，我们也需要加强与其他学科的交叉合作，共同推动石墨烯表面等离激元的研究和应用。

相信在不久的将来，石墨烯表面等离激元将在纳米科技领域发挥重要作用。

文献综述.石墨烯文献综述石墨烯的计算物理研究近况石墨烯的计算物理研究近况一、石墨烯晶体的研究近况单层的二维石墨单晶，因其面外声子振动模式的存在，并不认為能够孤立的稳定存在。

因此，单层的二维石墨单晶，石墨烯，於2004 年通过在SiO2 表面上巧妙的光学效应被观测到，且具有奇异的电学特性，引起广泛关注。

石墨烯的电子特性主要由其π电子控制。

由於构成石墨烯的每个碳仅有一个π电子，导致π电子能带為半填充。

在过渡金属元素组成的材料中，电子的半填充特性对电子的强关联物理具有重要的影响。

在过渡金属元素中，由於原子核对d 电子有强的束缚性，在同一格位元的电子之间又有强的库仑排斥作用，导致由过渡金属元素组成的化合物中，特别是氧化物中，存在强的关联效应，磁性和绝缘特性。

最近的实验资料支持第一性原理计算的电子能带结构。

在以单电子近似為基础的电子低能线性色散关系的基础上，电子-电子之间的相互作用以及相关的电子关联特性成為石墨烯电子物理研究的重点。

在外加磁场下，奇异的整数量子霍尔效应，特别是仅室温边可观测到此效应( 实际上，正是这种奇异的整数量子霍尔效应证实了能带理论框架下Dirac 费米子的电子特性）。

Dirac 费米子可以百分之一百的几率通过经典的势垒禁区。

Dirac 费米子在外加限制势下可导致电子波的jittery 运动，即所谓的Zitterbewegung 现象。

在石墨烯上，由於下面衬底（如SiO2 表面）结构的杂质电荷引起的静电效应，石墨烯本身外平面声子震动引起的起伏和与衬底作用引起的起伏，以及石墨烯產生过程中必然引起的点缺陷，这些无序引起的局域的静电势效应，都可能导致对石墨烯的电子导电特性有重要影响。

二、石墨烯器件的研究近况随著电子器件的小型化，低於50nm 尺寸的纳米电子器件的要求使石墨烯成為理想的候选材料。

因此，裁剪石墨烯，在二维平面中引入纳米尺寸（如石墨烯纳米带），以及引入的边界问题值得考虑，特别是由於石墨烯电子的手征特徵所引起的边界效应，边界电子态的存在，以及边界态对电子输运的影响。

1 双曲超材料及石墨烯简介超材料是一种人工微结构材料,是由亚波长尺度的结构单元构建的一种特殊结构,通过对结构单元的材料和厚度的调节来达到控制电磁波传输的目的,从而可以实现自然界中的材料所不具有的特性。

具有双曲色散关系的双曲超材料(Hyperbolic Metamaterials, HMMs)是超材料中的一种,也称为不确定介电媒质(Indefinite permittivity media,IPMs),该媒质的的电磁特性可以通过介电常数张量ˆε及磁导率张量ˆμ来进行描述。

由于双曲超材料所具有的独特的双曲色散关系,使其表现出一系列新的光学现象,在隐身、光波导、成像、超透镜、聚焦、热传输、和负折射等方面具有潜在的实用价值。

1.1 双曲超材料双曲超材料是一种具有双曲色散关系的强各向异性超材料,它的光学性质可以用归一化的等效介电常数张量ˆε和等效磁导率张量ˆμ来表示,沿着光轴方向的张量分量值和垂直于光轴方向的张量分量值的正负号相反,即或;归一化的等效介电常数张量ˆε和等效磁导率张量ˆμ的形式为:(1)式(1)中的和ε⊥分别代表平行于光轴的分量和垂直于光轴①基金项目:南京邮电大学大学生创新训练计划(批准号:XYB2016092)。

作者简介:谭朝幻(1996,7—),男,汉,重庆人,本科,研究方向:光电信息科学与工程。

王昊月(1996,9—),女,汉,内蒙古人,本科,研究方向:光电信息科学与工程。

孟方俊(1996,8—),男,汉,山西人,本科,研究方向:光电信息科学与工程。

通讯作者:许吉(1983,8—),女,汉,江苏南京人,博士,副教授,从事微纳光子学领域研究,E-mail:xuji@。

DOI:10.16661/ki.1672-3791.2017.20.001石墨烯双曲超材料光学特性的研究进展①谭朝幻 王昊月 孟方俊 王胜明 许吉*(南京邮电大学光电工程学院 江苏南京 210023)摘 要:双曲超材料因其所拥有的奇异特性具有非常大的应用前景,其中金属材料构成的双曲超材料是近年来的一个研究热点,而用石墨烯代替金属构成的石墨烯-电介质超材料可以通过对入射电磁波频率和化学势的调节来实现双曲色散特性,其相比于金属-电介质双曲超材料和金属纳米线双曲超材料,具有更小的传输损耗、更小的结构体积并且更易于光电集成。