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