Графен. Классические и квантовые низкоразмерные системы. Ковалентная химическая связь: σ- и π-электроны

1.

Белорусский государственный университет
Физический факультет
Кафедра физики полупроводников и наноэлектроники
Графен:
от существующего к возникающему
Лекция в минском Планетарии, 29 апреля 2017 г.

2.

План лекции
1. Классические и квантовые низкоразмерные системы
2. Почему скользит графит? (Ковалентная химическая
связь: σ- и π-электроны).
Слой графита толщиной в 1 атом углерода — графен!
Электроны и дырки (электронные вакансии
в химической связи атомов C).
Свет и графен
3. Vestigial semper adore!
4. ? — универсальный ключ
П.Л. Капица. Эксперимент. Теория. Практика (М.: Наука, 1987) 496 с.

3.

3

4.

Гибридизация электронных
орбиталей атомов углерода
4

5.

5

6.

6

7.

Биосфера Бакминстера Фуллера (Экспо-67, Монреаль, Канада)

8.

8

9.

9

10.

11.

Линза Френеля (1823 г.)

12.

12

13.

13

14.

14
–
–
–

15.

15
1 мкм

16.

16
Наноколонны из алмаза на кремнии
(Электронная микроскопия)
1. Л.В. Келдыш. Таммовские состояния и физика поверхности твердого тела. Природа, № 9, 17–33 (1985).
2. Р.А. Хмельницкий. Перспективы выращивания монокристаллического алмаза большого размера.
УФН, 185 (2), 143–159 (2015).

17.

Витрувий (I в. до н.э.):
черная сажа в живописи
и инженерном деле
Белая сажа — тонкий порошок
SiO2 (90%) + Al2O3 (10%)

18.

18

19.

19
Гексагональный графит
Ng = 1.14·1023 cm–3

20.

20
Напряжение
на графитовых
электродах
(щетках)

21.

21

22.

22

23.

23

24.

24

25.

25

26.

26

27.

27

28.

Бесконечно простирающийся мотив из атомов углерода
(изыскания дизайнера)
J.C. Meyer, A.K. Geim, M.I. Katsnelson, K.S. Novoselov, T.J. Booth, S. Roth.
The structure of suspended graphene sheets. Nature, 446 (7131), 60–63 (2007).

29.

30.

30
Энергия E

31.

31

32.

32

33.

33

34.

34
1. J. Yao, H. Yan, S. Das, J.F. Klemic, J.C. Ellenbogen, C.M. Lieber. Nanowire nanocomputer as
a finite-state machine. PNAS, 111 (7), 2431–2435 (2014).
2. Е.И. Кац. Силы Ван-дер-Ваальса, Казимира и Лифшица в мягкой материи.
УФН, 185 (9), 964–969 (2015).

35.

35

36.

37.

Пожар 1976

38.

38

39.

39

40.

40

41.

41

42.

42
Энергия
электрона E
px
py
Квазиимпульсы

43.

43

44.

44

45.

45