Perché il grafene ha una resistenza così bassa?

La bassa resistenza è il risultato dell'alta mobilità intrinseca degli elettroni del grafene. La mobilità degli elettroni insieme alla concentrazione dei portatori di carica determinano la conduttività di un materiale e la conduttività di un materiale determina quanta resistenza ha (la conduttività è semplicemente l'inverso della resistenza).
In altre parole, il grafene permette a molti elettroni di fluire molto velocemente attraverso di esso.

La prossima domanda naturale è: perché il grafene ha un'alta mobilità degli elettroni?

L'alta mobilità degli elettroni deriva dal fatto che gli elettroni nel grafene hanno un lungo percorso libero medio e possono muoversi in un modo che gli scienziati chiamano "trasporto balistico". Ciò significa che gli elettroni possono fare molta strada (almeno per gli elettroni) prima di colpire qualcosa, il che li fa rallentare. (La mobilità degli elettroni può essere però ostacolata da altri effetti, come i fononi). Questo combinato con il fatto che il trasporto degli elettroni nel grafene può essere descritto considerandoli come fermioni Dirac senza massa, che permette loro di viaggiare alla velocità di fermi, risulta in una mobilità degli elettroni molto alta. (Che per semplicità significa che gli è permesso di viaggiare al loro limite più alto possibile nel materiale.)

Si deve anche notare che quando il grafene è in contatto con altri materiali o se ha difetti dal reticolo incontaminato o è confinato in una dimensione (come un nanoribbon di grafene) la mobilità degli elettroni diminuisce, ma spesso rimane ancora impressionante.