Andre Geim课题组纳米材料综述.docVIP

关于?Andre Geim纳米材料研究团队工作的综述 摘要：本文对Andre Geim教授所在的纳米材料研究团队的主要成员、研究方向、所获奖项及研究成果等方面进行了总结。?Andre Geim教授所在的纳米材料研究团队的研究方向为凝聚态物理下的介观物理学和低温物理学。 关键词： Andre Geim研究团队；凝聚态物理；介观物理学；低温物理学 1、引言 Andre Geim教授所在的纳米研究团队的研究方向是凝聚态物理。这个研究团队所属于曼彻斯特大学的天文与物理学院。该团队的研究领域为凝聚态物理下的介观物理学和低温物理学。安德烈·海姆是英国人，1987年在俄罗斯科学院固体物理学研究院获得博士学位 。2001年加入曼彻斯特大学任物理教授。到目前为止，海姆发表了超过150篇的顶尖文章，其中很多都发表在Nature和Science杂志上。 2004年海姆制成了世界上最薄的材料石墨烯，仅有一个原子层厚。他杰出的研究工作已经使他获得了无数的奖项。其中包括： 2007年Mott Prize和2008年Europhysics Prize等。2010年诺贝尔物理学奖并被授予了英国皇家学会院士，以表彰他在石墨烯的研究中取得的成就。在介观物理学方向，其主要研究的是：石墨烯及其他二维材料；介观超导性；磁悬浮；壁虎胶带和磁畴壁中亚原子的移动。而在低温物理学方向，其主要研究的是：超流体4He在T=0时的扰动；介观超流体3He的漩涡；准二维超流体3He-A的畴壁和漩涡和超流体4He在分形表面薄层的流动。该团队在其研究领域取得了巨大的成就，在Natures和Science上发表了二十多篇文章。其发现了二维的石墨烯薄片[1]并对其进行了一系列的研究，发现了石墨烯薄片一系列新奇的性质，对于石墨烯和二维材料的研究作出了巨大贡献。其在介观超导性的研究中，开创性的发明了一种名为弹道堂磁力测定方法，这种方法允许测量亚微米级的个体超导体的磁化强度，以及证明了顺磁麦斯纳效应，推动了介观超导性的研究。在磁悬浮研究方面，该团队在研究中发现利用材料微弱的反磁性可以产生稳定的磁悬浮现象等等。该团队在介观物理学和低温物理学的研究中取得了巨大的成就。本文主要介绍了该团队在介观物理学和低温物理学两方面的研究工作及发表的文章的部分类容。 2.1 介观物理学研究 2.1.1石墨烯和其他二维材料 该团队研究发现了一种现在被称作为2D原子晶体的新材料[1]。这种晶体可以看做是从3D块状晶体中拉出的单独的原子面。在没有周围环境的保护下即使只有几个原子层厚度，这种晶体在周围环境中也能稳定的存在，并且展现出高的结晶性和宏观上的连续性。这种2D晶体是一种自支撑原子晶体，它可以在室温和空气中稳定的存在，并且其保持了宏观上地连续性和高的结晶性，并且其载流子几乎没有受到影响。在其发现单层石墨烯薄层后，它们对石墨烯薄层进行了一系列的研究并发现了许多石墨烯的许多的性质。 石墨烯薄层中的电场效应：Prof?Andre Geim团队研究了石墨烯薄层中的电场效应。他们发现这种石墨烯薄层在价带和导带中存在一个小叠层的二维半金属，其表现出强烈的双极化电场效应，这就会使电子和空穴的浓度达到1013cm2。通过施加触发电压诱导，它在室温下的迁移率可达到约10000 cm2/V.s。另外，若将纳米尺寸的石墨烯薄层设想为金属晶体管，那么石墨烯可以提供弹道输运，并且具有线性I-V曲线和大的可持续电流（大于108A/cm2）[2]。所以它可能是制备金属晶体管最好的材料。 石墨烯中无质量的费米子组成的二维气体：量子电动力学为粒子物理学、宇宙论、天体物理学和量子化学中的各种现象提供了清晰的解释。以量子电动力学的基础的研究还影响着凝聚态物质的相关的理论，但是通常在已知的实验系统中都是通过非相对薛定谔方程进行精确的描述而量子相对效应的应用却很少见。Prof?Andre Geim团队研究了一种实验体系-凝聚态体系（石墨烯，一个单原子层的石墨烯），该体系中的电子输运在本质上是由狄拉克（相对）方程控制的。这种石墨烯中的载流子与相对论中的粒子相似，具有静质量为零和具有一个有效的“光速”c * 106 m/s-1。他们的研究揭示了2D狄拉克费米子的一系列不寻常的现象。主要包括以下三个方面：首先，当载流子的浓度几乎为零时，与电导的量子单元一样石墨烯的电导率也不会降到最小值以下。其次，石墨烯中的整数量子霍尔效应异常，这是因为其产生了半整数填充系数。最后，石墨烯中无质量载流子的回旋质量mc可以通过E = mcc*2方程描述[3]。 双分子层石墨烯中特殊的量子霍尔效应和2π Berry相：到目前为止，我们已知的有两种整数量子霍尔效应。一种是传统的量子霍尔效应，其特有的二维半导体体系；而另外一种是最近几年在石墨烯中观察到的它的相对的部分，这部分的载流子模仿具有