杂交轨道,通过混合2 s,2 p x和2 p y轨道形成三个SP 2杂交轨道,而第四轨道则保持为2 p z。重叠的SP 2杂交轨道来自两个相邻原子会产生强σ共价键(C - C键);这些平面σ键将每个碳原子连接到三个邻居。这些碳原子的其余2个P Z轨道形成π键,这些碳构成了将碳层结合在一起的石墨中。因为π键比σ键弱得多,所以石墨具有低剪切强度,因此可以轻松将其碳层脱离。对于单层石墨烯而言,这些几乎游离的π电子负责其大多数实验观察到的电子和光学特性。由于保利排除原理要求来自不同碳原子的π电子不占据相同的状态,因此石墨烯中大量紧密堆积的碳原子会导致退化的能量水平分裂为连续分布的非等级允许能量状态,从而形成能带。石墨烯的真实空间二维蜂窝晶格如图1.1(a)所示。石墨烯中两个相邻的碳原子之间的距离为
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