石墨烯是一種二維晶體，的特性是其中電子的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。這使得石墨烯中的電子，或更準(zhǔn)確地，應(yīng)稱為“載荷子”（electric charge carrier），的性質(zhì)和相對論性的中微子非常相似。

　　人們常見的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成薄薄的石墨片。當(dāng)把石墨片剝成單層之后，這種只有一個(gè)碳原子厚度的單層就是石墨烯。

　　石墨烯是由碳原子按六邊形晶格整齊排布而成的碳單質(zhì)，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。其完美的晶格結(jié)構(gòu)，常被誤認(rèn)為很僵硬，但事實(shí)并非如此。石墨烯各個(gè)碳原子間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形。這樣，碳原子就不需要重新排列來適應(yīng)外力，這也就保證了石墨烯結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，使得石墨烯比金剛石還堅(jiān)硬，同時(shí)可以像拉橡膠一樣進(jìn)行拉伸。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)還使石墨烯具有的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于其原子間作用力非常強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中的電子受到的干擾也非常小。

　　石墨烯被證實(shí)是世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的薄、堅(jiān)硬的物質(zhì)。美國哥倫比亞大學(xué)James Hone等人近發(fā)現(xiàn)，鉛筆石墨中一種叫做石墨烯的二維碳原子晶體，竟然比鉆石還堅(jiān)硬，強(qiáng)度比世界上的鋼鐵還要高上１００倍。這種物質(zhì)為“太空電梯”超韌纜線的制造打開了一扇“阿里巴巴”之門，讓科學(xué)家夢寐以求的２。３萬英里長（約合３７０００千米）太空電梯可能成為現(xiàn)實(shí)。其厚度只有0.335納米，把2000片薄膜疊加到一起，也只有一根頭發(fā)絲那么厚。單層石墨烯幾乎透明，其分子排列緊密，即使原子尺寸的氦也不能通過。美國機(jī)械工程師杰弗雷·基薩教授用一種形象的方法解釋了石墨烯的強(qiáng)度：如果將一張和食品保鮮膜一樣薄的石墨烯薄片覆蓋在一只杯子上，然后試圖用一支鉛筆戳穿它，那么需要一頭大象站在鉛筆上，才能戳穿只有保鮮膜厚度的石墨烯薄層。 　　石墨烯的另一特性是，其導(dǎo)電電子不僅能在晶格中無障礙地移動(dòng)，而且速度極快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體中的移動(dòng)速度。還有，其導(dǎo)熱性超過現(xiàn)有一切已知物質(zhì)。石墨烯的上述特性非常有利于超薄柔性O(shè)LED顯示器的開發(fā)。據(jù)了解，韓國三星公司的研究人員已經(jīng)制造出由多層石墨烯等材料組成的透明可彎曲顯示屏。

　　為了進(jìn)一步說明石墨烯中的載荷子的特殊性質(zhì)，須先對相對論量子力學(xué)或稱量子電動(dòng)力學(xué)做一些了解。

　　經(jīng)典物理學(xué)中，一個(gè)能量較低的電子遇到勢壘的時(shí)候，如果能量不足以讓它爬升到勢壘的頂端，那它就只能待在這一側(cè)；在量子力學(xué)中，電子在某種程度上是可以看作是分布在空間各處的波。當(dāng)它遇到勢壘的時(shí)候，有可能以某種方式穿透過去，這種可能性是零到一之間的一個(gè)數(shù)；而當(dāng)石墨烯中電子波以極快的速度運(yùn)動(dòng)到勢壘前時(shí)，就需要用量子電動(dòng)力學(xué)來解釋。量子電動(dòng)力學(xué)作出了一個(gè)更加令人吃驚的預(yù)言：電子波能百分百地出現(xiàn)在勢壘的另一側(cè)。

　　以下實(shí)驗(yàn)證實(shí)了量子電動(dòng)力學(xué)的預(yù)言：事先在一片石墨烯晶體上人為施加一個(gè)電壓（相當(dāng)于一個(gè)勢壘），然后測定石墨烯的電導(dǎo)率。一般認(rèn)為，增加了額外的勢壘，電阻也會(huì)隨之增加，但事實(shí)并非如此，因?yàn)樗械牧Ｗ佣及l(fā)生了量子隧道效應(yīng)，通過率達(dá)100%。這也解釋了石墨烯的超強(qiáng)導(dǎo)電性：相對論性的載荷子可以在其中完全自由地穿行。

　　總結(jié)一下特性：　基于它的化學(xué)結(jié)構(gòu)，石墨烯具有許多獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如高比表面積、高導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度高、易于修飾及大規(guī)模生產(chǎn)等。

　　Rice大學(xué)研究人員正在著手研究一類存儲(chǔ)單元密度至少為閃存兩倍的石墨烯片狀存儲(chǔ)器。

　　石墨烯（Graphene）是由沒有卷成納米管的純炭原子薄膜構(gòu)成，在此之前石墨烯已被用于IBM的超快速晶體管原型產(chǎn)品及其它領(lǐng)域。此次，由Rice大學(xué)教授James Tour領(lǐng)頭的科研小組首次將石墨烯用于架構(gòu)更簡單的雙端存儲(chǔ)器件。

　　與晶體管這類三端器件不同，“我們（所研發(fā)）的石墨烯存儲(chǔ)器單元僅有兩個(gè)端子，”Tour表示，“通過在存儲(chǔ)單元兩端加不同電壓就可以完成對存儲(chǔ)單元的讀/寫或刪除。”

　　在實(shí)驗(yàn)過程中，通過加3.5V的電壓來斷開石墨烯片之間的連接通道可清空存儲(chǔ)內(nèi)容。一個(gè)1V的信號允許電路將控制存儲(chǔ)單元，決定其處在‘導(dǎo)通’或‘閉合’狀態(tài)。

　　目前尚不知這一操作的確切機(jī)理，但Tour的猜測是由擦除電壓所導(dǎo)致的機(jī)械開路場會(huì)由寫信號修復(fù)。

　　實(shí)驗(yàn)中所用存儲(chǔ)器件為厚度僅為5~10個(gè)原子的沉積薄膜，數(shù)據(jù)位單元僅為5納米。Tour表示，因?yàn)槭┢槐乇３诌B續(xù)的狀態(tài)，因此位單元的尺寸將幾乎完全取決于能將其引線做到多細(xì)。由于石墨烯片存儲(chǔ)器僅有兩個(gè)端子，可將其置于尺寸極小的交叉開關(guān)之間。

　　Tour 表示，“我們通過化學(xué)氣相沉積法得到石墨烯片，但是不一定非要形成完美的單層，甚至可以斷開的，因?yàn)閿嚅_的狀態(tài)似乎并不影響它工作。這是一種非常非常寬容的處理工藝。”

　　其它非易失性存儲(chǔ)技術(shù)的閉合-斷開電流比只能達(dá)到100~1甚至10~1，而采用石墨烯片能將閉合-斷開電流比做到10,000 ~1000，000~1，這樣石墨烯片存儲(chǔ)器的位單元可緊湊地放置在一起并且能將導(dǎo)致存儲(chǔ)器發(fā)熱的漏電流做到非常小。在以后元器件中，低功率操作和雙端子結(jié)構(gòu)同時(shí)還被引入三維結(jié)構(gòu)。

　　早期的超密集密度非易失性存儲(chǔ)器由NASA提供研發(fā)基金，但Tour所領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)小組現(xiàn)已獲得了某個(gè)未透露名字的半導(dǎo)體制造商為其提供的資金支持，用于今后進(jìn)一步研發(fā)。

　　石墨烯可以應(yīng)用于晶體管、觸摸屏、基因測序等領(lǐng)域，同時(shí)有望幫助物理學(xué)家在量子物理學(xué)研究領(lǐng)域取得新突破。中國科研人員發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的細(xì)胞在石墨烯上無法生長，而人類細(xì)胞卻不會(huì)受損。利用這一點(diǎn)石墨烯可以用來做繃帶，食品包裝甚至抗菌T恤；用石墨烯做的光電化學(xué)電池可以取代基于金屬的有機(jī)發(fā)光二極管，因石墨烯還可以取代燈具的傳統(tǒng)金屬石墨電極，使之更易于回收。這種物質(zhì)不僅可以用來開發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機(jī)材料、制造出超堅(jiān)韌的防彈衣，甚至能讓科學(xué)家夢寐以求的2.3萬英里長太空電梯成為現(xiàn)實(shí)。