石墨烯是由碳原子构成的二维晶体，碳原子排列与石墨的单原子层一样，其英文名称为Graphene。石墨烯是在2004年被英国曼彻斯特大学的研究组发现的。

    完美的石墨烯是二维的, 它只包括六角元胞(等角六边形); 如果有五角元胞和七角元胞存在,那么他们构成石墨烯的缺陷。如果少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘曲入形状; 12个五角元胞的会形成富勒烯。

    碳纳米管也被认为是卷成圆桶的石墨烯; 另外石墨烯还被做成弹道输运晶体管并且吸引了大批科学家的兴趣 。在2006年3月, 佐治亚理工学院研究员宣布, 他们成功地制造了石墨烯平面场效应晶体管并观测到了量子干涉效应。并基于此研究出根据石墨烯为基础的电路.

    在发现石墨烯以前，大多数（如果不是所有的话）物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以，它的发现立即震撼了凝聚态物理界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在,但是单层石墨烯在实验中被制备出来。这些可能归结于石墨烯在纳米级别上的微观扭曲。

    石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。其霍尔电导=2e²/h,6e²/h,10e²/h.... 为量子电导的奇数倍，且可以在室温下观测到。这个行为已被科学家解释为“电子在石墨烯里遵守相对论量子力学，没有静质量”。