我學的就是礦加專業，對石墨烯有了解，因為石墨烯是雙層有轉角的結構。曾經有學者做過實驗，利用超高真空低溫四探針三年隧道顯微鏡對石墨烯的雙層結構進行了掃描。實驗結果證明雙層石墨烯的狄拉克錐由於層間耦合作用會交疊併產生兩個鞍點,這會在電子態密度上引起兩個範霍夫奇異峰,作者系統地研究了範霍夫奇異峰隨轉角的變化關係….當雙層有轉角石墨烯受到應力時,兩個範霍夫奇點的距離會隨著應力的變大而減小.從實驗上首次指出雙層有轉角石墨烯中存在超晶格狄拉克費米子.透過對雙層石墨烯褶皺的研究,從實驗上首次發現應力和高曲率會使雙層有轉角石墨烯中實現零磁場的朗道量子化現象,產生高達～100特斯拉的贗磁場,同時也會出現谷極化現象.這一結果表明雙層石墨烯是研究高溫零磁場量子谷霍爾效應的理想模型。

石墨烯是由單層碳原子形成的六方晶格的碳的同素異性體，它可以看做是碳的其它同素異形體（比如石墨、木炭、碳奈米管和富勒烯）的基本結構。石墨烯具有很多優秀的性質，它是有史以來測試過的最強的材料，熱導率和電導率很高，載流子遷移率也很高。最初石墨烯是由曼徹斯特大學的Andre Geim和Konstantin Novoselov透過機械剝離法制成的，後來人們逐漸發展出了氧化還原法、取向附生法、SiC外延生長法、化學氣相沉積法等等。

圖1. 石墨烯的發現者Andre Geim

石墨烯的比表面積達到了2630平方米每克，這比迄今為止報道的碳奈米管還要高出好多。石墨烯在室溫下的遷移率可以達到15000cm^2/V·s，而且空穴和電子的遷移率幾乎相同，在10K到100K之間，石墨烯的遷移率幾乎不隨溫度變化，這說明在在石墨烯中主要的散射機制是缺陷散射。

圖2. 石墨烯

石墨烯各種奇特的性質跟它的能帶結構有很大的關係。一般的三維材料的能帶，比如金屬、半導體或者絕緣體，形狀是拋物線，而且價帶和導帶之間要麼有一個帶隙，要麼二者有部分重疊。對於石墨烯來說，它的能帶結構是線性的，價帶和導帶恰恰接觸在一個點，將價帶和導帶連線了起來，總體來看就像是一個錐形，叫做狄拉克錐。

圖3. 單層石墨烯的能帶結構

石墨烯自2004年由曼徹斯特大學的Andre Geim和Konstantin Novoselov發現以來，在凝聚態領域的各個方向都產生了重要的發現：

2005年，在石墨烯中發現了整數量子霍爾效應，相關工作發表於NATURE；

2009年，在石墨烯中發現了分數量子霍爾效應，相關工作發表於NATURE；

2007年，在石墨烯中發現了常溫下的量子霍爾效應，相關工作發表於SCIENCE；

就在前幾天，石墨烯再次引爆了凝聚態物理學界，發表於NATURE上的兩篇論文發現了兩層石墨烯以一個特殊的角度疊在一起時，在足夠低的溫度發現了超導。

關於石墨烯的各種物理現象層出不窮，作為一個明星材料，它在工業上的應用前景也很令人著迷。就基礎物理學研究來說，石墨烯提供了一個很好實驗和理論平臺去研究各種各樣的物理。這在其它各種型別的材料中都是極其少見的。

為了探究石墨烯的物性，或者說性質，我們首先需要了解石墨烯的結構。

石墨烯是由碳原子組成的，它原子之間的成鍵方式與石墨相同，本質上來講，它就是石墨的一層，但只具有單個原子的厚度，我們稱之為二維材料。

那二維材料又是什麼呢？我們知道一個平面是二維的，空間是三維的，二維材料就是說石墨烯在平面方向上尺寸的改變不會影響它的材料固有性質，而在垂直平面方向，也就是在第三維改變它的尺寸的話（如增加石墨烯的層數），會顯著改變它的效能。

最典型的一個變化就是隨著石墨烯層數的增加，它的摩擦係數明顯減小，而我們日常生活中傳統的材料如鐵、鋁、塑膠、木板等等是不具有這種新奇的特性的。

需要注意的是，我們通常說的石墨烯，是指一層，而實際上如果有兩層我們也叫石墨烯，但是叫做雙層石墨烯，三層的叫三層石墨烯，當石墨烯的層數超過十的時候，它表現出來的性質就幾乎和石墨相同了，也就是說，石墨烯的層數越多，它表現出來的物性越接近於石墨，一般超過十層我們就不叫它石墨烯，而叫石墨了，這也是為什麼石墨烯具有如此新奇物性的一個重要原因。

另一方面，從圖1中可以看到，石墨烯內部的碳原子是以正六邊形的結構形成化學鍵的（兩個圓球之間的連線體），這種成鍵方式會使得石墨烯本身的強度很高，是一般鋼鐵的200倍。它不易被拉斷也不易被壓破，而且具有很好的柔韌性，但石墨的強度是很低的。

此外，從圖1的左圖我們還可以看到，石墨烯與石墨烯之間是沒有化學鍵相連的，而是靠一種非化學鍵的方式相互作用，我們稱之為範德華力，這種作用遠遠小於石墨烯層內的化學鍵強度。石墨烯層間的作用很弱使得它們很容易發生相對滑動，從而導致石墨烯具有另外一個特性，即它很容易被橫向剪下，故可以用作固體潤滑劑。

此外，石墨烯具有已知材料中最高的熱導率，它熱導率是銀的13到15倍，是鐵的80到90倍，是水的8000到9000倍，這都得益於石墨烯六邊形結構（我們稱六方晶格）獨特的晶格振動性質。這種晶格振動還對石墨烯的電子遷移率有很大貢獻，使得石墨烯具有超高的電子遷移率，是同族元素矽（電腦CPU材料）的200倍。