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PRL: 计算机模拟显示石墨炔性能胜过石墨烯  

2012-06-13 07:41:05|  分类: 碳材料研究 |  标签: |举报 |字号 订阅

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据美国物理学家组织网近日报道,德国一个科研小组使用计算机模拟发现,因为其特殊的几何结构,石墨炔(graphyne)或许比石墨烯的导电能力更强,用途更加广泛。相关研究发表在最新一期《物理评论快报》杂志上。
过去几年间,很多科学家为神奇材料石墨烯“竞折腰”,纷纷投身于对石墨烯的研究中,与石墨烯的特征和用途有关的研究报告也源源不断地问世。但现在,随着科学家们对石墨炔的研究不断深入,结果发现,石墨炔具有极强的导电能力以及多种几何形态,其性能或许会让石墨烯相形见绌。
众所周知,石墨烯是单层的碳原子,这些碳原子排列成六角形或细铁丝网围栏的形状。而石墨炔也是单层碳原子,但这些碳原子能以多种不同的形态而存在,这就使得其用途更加广泛。
科学家们已经发现,石墨烯拥有能导电的电子,电子的能量与其动量成正比,而当电子的能级被设计在三维状态下时,它们会呈现出一个狄拉克椎的形状。因为这种独一无二的关系,这些导电电子会表现得好像它们没有质量一样,这样就使它们能以非常接近光速的速度行进,这一属性对于改进目前的晶体管技术来说非常有用。
石墨烯具有单个或者两个键,而石墨炔则能拥有两个或者三个键;而且,石墨炔并不仅仅局限于六角形的形状,其实际上能以无数种形态而存在。
在最新研究中,科学家们使用计算机模拟仔细研究了三种不同形态的石墨炔,结果发现,这三种石墨炔都能产生一个狄拉克椎,尽管其形状稍有不同,而最重要的是,其中一种名为6,6,12-石墨炔的材料能以四边形的形态存在,这种结构的石墨炔应该能使电子仅仅在一个方向流动。科学家们表示,不需要朝这种石墨炔掺杂其他物质就能让其具有很强的导电能力,而石墨烯一般需要朝其中添加掺杂物。
尽管科学家们现在只能制造出尺寸非常小的石墨炔,但是,他们对最新研究感到兴奋,并且认为石墨炔的应用前景非常诱人。另外,该研究已经证明很多不同形态的石墨炔能产生狄拉克椎,这意味着还有很多其他材料可能也能很好地做到这一点。

 

Daniel Malko, Christian Neiss, Francesc Vin?es, and Andreas Go¨rling.  Competition for Graphene: Graphynes with Direction-Dependent Dirac Cones [J]. PRL (PHYSICAL REVIEW LETTERS), 2012, 108: 086804.

DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.086804

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