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在半導(dǎo)體中，電子的能帶結(jié)構(gòu)決定了電子允許和被禁止的能量范圍，并決定了半導(dǎo)體材料的電學(xué)及光學(xué)性質(zhì)。孤立原子的電子占據(jù)一定的原子軌道，形成一系列分立的能級(jí)。
石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，電子在軌道中移動(dòng)所受到的干擾非常小，具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性能。這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致石墨烯獨(dú)特的電子能帶結(jié)構(gòu)，如圖1（b）所示，第一布里淵區(qū)的六個(gè)頂點(diǎn)為費(fèi)米點(diǎn)（也稱為狄拉克點(diǎn)或K點(diǎn)），導(dǎo)帶和價(jià)帶關(guān)于狄拉克點(diǎn)對(duì)稱，因此在純凈的石墨烯中，電子和空穴具有相同的性質(zhì)。即在狄拉克點(diǎn)附近，電子的能量與波矢成線性的色散關(guān)系，E=VFP=VFhk。其中，VF為費(fèi)米速度，大約為光速的1/300，k為波矢。因此，K點(diǎn)附近電子由于受到周圍對(duì)稱晶格勢(shì)場(chǎng)的作用，載流子的有效靜質(zhì)量為0，費(fèi)米速度接近于光速，呈現(xiàn)相對(duì)論的特性。所以K點(diǎn)附近的電子性質(zhì)應(yīng)該用狄拉克方程（Dirac）進(jìn)行描述，而不是用薛定諤方程（Schrodinger）進(jìn)行描繪。石墨烯的載流子的遷移率超過200，000cm2*V-1*s-1，純凈的石墨烯中電子的平均自由程達(dá)亞微米量級(jí)，近似為彈道運(yùn)輸，這在制造高速器件上有著誘人的潛力。
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