od fulerenu do grafenu: niezwykłe własności nanostruktur węglowych
TRANSCRIPT
Od fulerenu do grafenu: niezwykłe własnościnanostruktur węglowych
Przemysław Piekarz
Instytut Fizyki Jądrowej PAN Kraków
Dwie podstawowe formy krystaliczne węgla
Diament Grafit
Fulereny – cząsteczki węgla C60
mające formę piłki futbolowej
zaobserwowano po raz pierwszy na Uniwersytecie Rice w Huston
Richard Buckminster Fuller (1895-1983) EXPO 1967 Montreal
Nazwa fuleren pochodzi od nazwiska Richarda Buckminstera Fullera, amerykańskiego architekta, twórcy tzw. kopuły geodezyjnej
Grupa punktowa Ih
120 elementów symetrii12 osi pięciokrotnych20 osi trójkrotnych15 osi dwukrotnych15 płaszczyzn odbicia
Fulereny posiadają symetrię dwudziestościanu foremnego
Fuleryt – kryształ zbudowany z fulerenów
W. Kratschmer et al. Nature 347, 354 (1990)
STM C60
/Ge(111)
Fm3ma=1.42 nm
Nagroda Nobla z Chemii 1996 za odkrycie fulerenów
Harold Kroto Richard E. Smalley Robert F. Curl
Nanorurki
S. Iijima, Nature 354, 56 (1991)
Własności nanorurek węglowych
Nanoradio – odbiornik radiowy zbudowany z nanorurkiK. Jensen, J. Weldon, H. Garcia, and A. Zettl, Nano Letters 7 (11), 35083511 (2007)
Grafen – świat w dwóch wymiarachK. S. Novoselov et al., Science 306, 666 (2004)
Andre Geim Konstantin Novoselov
Nagroda Nobla z Fizyki 2010
a1=a23,3
a2=a23,−3
K=23a
1,1
3π
πK '=23a
1,−1
3
Struktura grafenu
2s + 2px+ 2p
y 2sp2
2pz
Grafen posiada wyjątkowe własności elektronowe
punkt Diraca
cm2
Vs=3000−10000
l=400 nm V g=100V
Przewodnictwo elektryczne grafenu
V g0 V g0
EF
EF
Grafen posiada bardzo dużą ruchliwość
i średnią drogę swobodną nośników prądu:
Podsumowanie
3D Diament
Grafit
2D Grafen
1D Nanorurki
0D Fulereny