敬请欣赏“富勒烯”，俗称“巴基球”
“富勒烯” ， 俗称“巴基球”数形结合 ， 蕴藏大美 。 凡物有型 ， 林林总总 。 形体结构 ， 殊异雷同 。 神造万物 ， 各有功用 。 所含规律 ， 数学是则 。 科学探索 ， 脚踏实地 。 谦卑敬畏 ， 信真务实 。 实事求是 ， 立竿见影 。 大美图像 ， 呈现面前 。 仁爱理性 ， 敬请欣赏黄衡二十年五月十三日碳原子“编织”成的网 ， 三维世界中的二维物体 ， 石墨烯是什么？
宇宙百科探秘2020-05-13什么是石墨烯？有什么特殊的性质？有什么实际用途？石墨烯的性质是什么？石墨烯和量子力学之间的关系是什么 。
二维的碳
敬请欣赏“富勒烯”，俗称“巴基球”。事实上 ， 石墨烯的秘密隐藏在你使用的铅笔头里 。 只要你用铅笔画一条线 ， 你就会从铅笔中释放出一些柔软的银灰色纯碳 ， 它是由一些重叠的碳原子组成的 。 如果你能分离这些重叠的碳原子 ， 得到一层只有一个原子厚的碳膜 ， 你就能得到石墨烯 。
上述工作也是曾经获得诺贝尔物理学奖的曼彻斯特大学的安德烈·吉姆和斯特拉·诺沃塞洛夫的工作 。 事实上 ， 从事这项工作的人很多 ， 但只有他们成功了 ， 他们使用的方法非常直接和巧妙 ， 即用胶带分离石墨的层状结构 ， 最后得到一层石墨烯 ， 它只由一层碳原子组成 。 它的厚度只有0.335nm ， 300万块这样的材料只有1mm厚 。
敬请欣赏“富勒烯”，俗称“巴基球”。因为石墨烯是从石墨中获得的 ， 具有烯烃的基本特征——碳原子间的双键 ， 所以被称为石墨烯 。 现在让我们想象一下石墨烯是什么样子 。 它是微观世界中的单层网络 。 每个网是一个完美的六边形 ， 每个关节是一个碳原子 。 因为这个网只有一个原子厚 ， 它几乎没有高度 ， 只有长度和宽度 ， 也就是说 ， 它是二维的 ， 而不是三维的 。 简而言之 ， 石墨烯是一种二维碳 ， 是人类已知的最薄的材料 。
高速运动的电子
在得到石墨烯之后 ， 吉姆和诺沃塞洛夫急切地想知道石墨烯的性质 。 他们测量了石墨烯的电学行为 。 正如他们所料 ， 石墨烯是导电的 。 他们开始对石墨烯做进一步的研究 ， 所以事情变得越来越有趣了起来 。 在大多数情况下 ， 电子在导体中的运动是无序的 。 它们碰撞并随机滚动 ， 很像游戏机中的弹珠 ， 因为导体晶格中的杂质阻碍了它们的前进 。 然而 ， 吉姆和诺沃塞洛夫发现石墨烯并不是这样的 。 在石墨烯中 ， 电子移动很长的距离 ， 在碰撞中不容易分散 。 为什么石墨烯能做到这一点？吉姆推测这可能与它们近乎完美的原子结构有关 。
此外 ， 石墨烯中的电子运动速度很高 ， 因此在其他导体中从未见过电子的高速运动 。 电子相互作用 ， 这种相互作用的量子实体又称为准粒子 。 吉姆的团队发现 ， 在石墨烯中 ， 准粒子的运动接近光速 ， 这让他们感到惊讶 。 一般来说 ， 这种高速运动只能发生在某些极端环境中 ， 比如中子星附近 ， 或者恒星大爆炸中 。
只有在这种情况下 ， 粒子才能加速到如此高的速度 。 这种高速的粒子运动也正是物理学家们非常羡慕的 。 为了达到这个速度 ， 他们依靠粒子加速器 。 然而 ， 现在人们在石墨烯中看到了这种运动 ， 这意味着仅仅使用石墨烯就能探索一些奇妙的物理现象了 。
狄拉克震颤
石墨烯的使用有望探索一种叫做“狄拉克震颤”的现象 ， 这是一种快速震颤运动 ， 最初由英国物理学家保罗·狄拉克提出 。 该理论将量子力学与狭义相对论相结合来描述快速运动的粒子 。 狄拉克预言 ， 当这样一个运动的粒子从一个点移动到另一个点时 ， 它的路径不是一条直线 ， 而是“颤抖” ， 因为这些粒子有很大的能量 ， 所以它们会产生反粒子 。 在电子的情况下 ， 产生的反粒子是正电子 。 由于反粒子与原始粒子的相互作用 ， 它们的运动轨迹发生波动 ， 产生了“狄拉克震颤” 。
但“狄拉克震颤”的速度太快 ， 很难看到这种运动 ， 但吉姆说 ， 类似的现象可以发生在石墨烯中 ， 而且可以测量 ， 因为在石墨烯中 ， 由于所谓的“粒子海”中的“洞” ， 粒子“震颤”的振幅约为100纳米 。 吉姆相信用高分辨率显微镜 ， 这种运动是可以观察到的 。
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