fulereny nanorurki grafen - Instytut Fizyki Jądrowej PAN

Od fulerenu do grafenu: niezwykłe własności
nanostruktur 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
Nazwa fuleren pochodzi od nazwiska Richarda Buckminstera Fullera, amerykańskiego architekta, twórcy tzw. kopuły geodezyjnej Richard Buckminster Fuller (1895-1983)
EXPO 1967 Montreal
Fulereny posiadają symetrię dwudziestościanu foremnego Grupa punktowa Ih
120 elementów symetrii
12 osi pięciokrotnych
20 osi trójkrotnych
15 osi dwukrotnych
15 płaszczyzn odbicia
Fuleryt – kryształ zbudowany z fulerenów
W. Kratschmer et al. Nature 347, 354 (1990)
STM C60/Ge(111)
Fm­3m
a=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 nanorurki
K. Jensen, J. Weldon, H. Garcia, and A. Zettl, Nano Letters 7 (11), 3508­3511 (2007)
Grafen – świat w dwóch wymiarach
Nagroda Nobla z Fizyki 2010
Andre Geim
K. S. Novoselov et al., Science 306, 666 (2004)
Konstantin Novoselov
Struktura grafenu
a
a1 = 3,  3
2
2
1

K = 1,
π
3a
3
a
a2 = 3,−  3
2
2
1

K '= 1,−  π
3a
3
Grafen posiada wyjątkowe własności elektronowe
 2s + 2px+ 2py
2sp2
 2pz
punkt Diraca
Przewodnictwo elektryczne grafenu
V g 0
V g 0
EF
EF
Grafen posiada bardzo dużą ruchliwość 2
cm
 =3000−10000
Vs
i średnią drogę swobodną nośników prądu:
l=400 nm V g=100 V 
Podsumowanie
3D Diament
Grafit
2D Grafen
1D Nanorurki
0D Fulereny