7. Nội dung
3.4.7Chuyển động của điện tử trong Graphene
Graphene tổng hợp đƣợc có tính chất rất đặc biệt. Chuyển động của các electron rất nhanh, electron dƣờng nhƣ không có khối lƣợng và chuyển động gần bằng vận tốc ánh sáng. Electron trong Graphene có vận tốc lớn gấp 100 lần electron trong silicon. Chuyển động của electron không tuân theo phƣơng trình Schodinger mà tuân theo phƣơng trình Dirac cho các hạt không có khối lƣợng nhƣ neutrino. Hạt này mang đầy đủ các tính chất của hạt Dirac. Hạt Dirac đƣợc mệnh danh là các hạt ma vì những biểu hiện kỳ dị của nó. Một trong nhƣng cái ma quái là hạt Dirac có thể trong trƣờng hợp
29
nào đó sẽ dịch chuyển ngƣợc chiều tác dụng của điện trƣờng, ngƣợc chiều tác dụng của lực.
Đối với graphene, các nguyên tử dao động tại nhiệt độ phòng tạo ra một điện trở suất vào khoảng 1.0 microOhm-cm. Điện trở suất của graphene nhỏ hơn điện trở suất của đồng đến 35% và là điện trở suất thấp nhất đƣợc biết đến tại nhiệt độ phòng. Điều này đƣợc giải thích nhƣ sau: trong các mẫu graphene đƣợc chế tạo không đƣợc sạch đã làm tăng điện trở suất của graphene. Do đó điện trở suất trung bình của graphene không nhỏ bằng điện trở suất của đồng tại nhiệt độ phòng. Tuy nhiên graphene lại có rất ít electron so với đồng, do đó trong graphene dòng điện đƣợc vận chuyển bởi một số ít electron có vận tốc nhanh hơn nhiều lần so với các electron của đồng.
Đối với các vật liệu bán dẫn, tiêu chuẩn về tính linh động đƣợc sử dụng để xác định các electron chuyển động nhanh ở mức nào. Giới hạn tính linh động của electron trong graphene đƣợc xác định nhờ dao động nhiệt của nguyên tử và giá trị này vào khoảng 200.000 cm2/Vs tại nhiệt độ phòng. Trong khi ở silicon là 1.400 cm2/Vs, ở indium antimonide là 77.000 cm2/Vs. Electron của graphene có độ linh động cao nhất so với các chất bán dẫn thông thƣờng.
Các nhà khoa học đã chứng minh rằng mặc dù giới hạn tính linh động của graphene ở nhiệt độ phòng cao ở mức 200.000 cm2/Vs, các mẫu vật hiện nay có tính linh động nhỏ hơn – vào khoảng 10.000 cm2/Vs và cần phải nỗ lực cải tiến rất nhiều. Do graphene có cấu tạo chỉ với một lớp nguyên tử, các mẫu vật hiện nay phải đƣợc đặt trong chất nền là silicon đioxit. Điện tích bị giữ trong chất nền silicon đioxit có thể ảnh hƣởng đến các electron trong graphene làm giảm tính linh động. Dao động của các nguyên tử silicon đioxit bản thân chúng cũng đã có thể có ảnh hƣởng đến graphene thậm chí còn lớn hơn ảnh hƣởng từ dao động nguyên tử của chính nó. Nhƣng vì các phonon trong bản thân graphene lại không hề có tác dụng trong việc phân tán electron, do đó hiệu quả này trở nên rất quan trọng trong graphene.
30