第2章　石墨烯的电磁特性与建模

2.1　引言

电子在二维的石墨烯中传播时，能量与动量满足线性关系，行为类似无质量的狄拉克费米子（Dirac Fermions）［1-3］。因此，石墨烯可以用相对论的狄拉克方程而非有质量的薛定谔方程来描述，其电子特性符合二维电子气，并可以106 m·s-1的速度高速运动［1，2］。

石墨烯表现出二维狄拉克费米子的各种输运特征，如特定整数和分数量子霍尔效应（Quantum Hall Effects）［4，5］及具有π相移的舒布尼科夫-德哈斯振荡（Shubnikov-de Haas Oscillations）现象［1］等。此外，即使载流子浓度趋于0时，石墨烯仍具有约4e2·h-1的电导率［1］；在悬浮的石墨烯样品中曾观察到可达106 cm2·V-1·s-1的载流子迁移率。再加上室温下的近弹道传输特性，使得石墨烯成为纳米电子领域潜在应用价值的材料［6，7］，特别是在高频应用领域［8］。

石墨烯还具有优异的光学性能。例如，尽管只有单原子的厚度，但依然肉眼可见。其透射率（T）可用精细结构常数（Fine-structure Constant）表示［9-11］。狄拉克电子是线性色散的，所以石墨烯可以在很宽的频率工作，使得宽带应用成为可能。泡利阻塞（Pauli Blocking）［12，13］会造成饱和吸收，而非平衡载流子会导致热发光［14-17］。化学和物理处理也可以导致发光［18-21］。这些特性共同促使其成为一种理想的光子和光电子材料。