Surface conduction and pi-bonds in graphene and topological insulator Bi2Se3
提出了拓扑绝缘体Bi 2 Se 3的杂化轨道模型，并与石墨烯的杂化轨道模型进行了比较。在Se 1层的范德华间隙和表面上的π键三聚体的存在被认为是负责在Bi 2 Se 3中发现的不寻常的表面导电机制作为拓扑绝缘体。这三个π键被锁定为范德华能隙中Se 1层之间的永久电偶极，作为带隙半导体对体块的吸引力。相反，表面上的π键三聚体被解锁，并表现出两个简并量子态，在跨桥模型中产生局部电荷转移机制，该机制负责表面导电。Bi 2 Se 3表面上的π键的作用进行了比较，在石墨烯中的一个类似的二维能带结构包含狄拉克锥。
2012-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stretch-induced tunability of electrical transport properties of three-dimensional graphene-based foam structures
本文研究了预拉伸对三维石墨烯基泡沫电输运性能的调控作用，提出包含三种导电机制的导电网络模型，揭示了电阻率温度依赖性转变的机理，为优化可拉伸电子器件提供指导。
2024-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon Transport in Graphene
石墨烯中的声子-晶格振动的量子-的性质引起了物理和工程界的强烈关注。声学声子是室温附近石墨烯中的主要热载体，而光学声子用于在少层石墨烯的拉曼实验中计数原子平面的数目。理论和实验都表明，声子的输运性质，即能量色散和散射率，在准二维系统中，如石墨烯与石墨或三维块状晶体中的基面相比，有很大的不同。二维声子输运的独特性质转化为石墨烯和相关材料中不寻常的热传导。在这篇综述中，我们概述了不同的理论方法开发的声子在石墨烯中的传输，讨论了在平面和交叉平面声子模式的贡献，并提供与现有的实验热导率数据的比较。特别注意的是给出了最近的理论结果的分析的声子热导率的石墨烯和少层石墨烯，和应变，缺陷和同位素的声子输运在这些系统中的影响。
2012-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ground state magnetization of conduction electrons in graphene with Zeeman effect
在这项工作中，我们解决的基态磁化在石墨烯，考虑塞曼效应，并考虑到在长波长近似下的传导电子。我们得到的解析表达式的磁化强度在T=0 K，其中给出的de Haas van Alphen（dHvA）效应的振荡存在。我们发现塞曼效应通过引入与朗道能级的自旋分裂相关的新峰来修改磁化强度。这些峰对于石墨烯中的典型载流子密度非常小，但对于更高的密度变得更重要。所获得的结果提供了洞察的塞曼效应修改的磁化，这可能是有用的控制和操纵的自旋自由度的方式。
2017-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonons and Thermal Transport in Graphene and Graphene-Based Materials
石墨烯不同寻常的热性质的发现刺激了旨在理解二维材料系统中声子输运和热传导的实验、理论和计算研究。我们提供了一个关键的审查最近的结果在石墨烯热场集中在声子色散，比热，热导率，不同的模型和计算方法的比较。详细分析了石墨烯基材料的声子谱与导热性能之间的关系。在双层石墨烯，同位素工程，和不同的声子色散分支的相对贡献的原子平面旋转的影响进行了讨论。为了读者的方便，本文以综合注释表的形式提供了有关热导率和声子模对热输运贡献的主要实验和理论结果的摘要。
2016-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Heat Conduction across Monolayer and Few-Layer Graphenes
我们报告了典型的石墨烯晶体管接触的Au/Ti/石墨烯/SiO2界面（石墨烯层1 < n < 10）的热导率G。我们发现G ~ 25 MW m-2 K-1在室温下，四倍小于金/钛/二氧化硅界面的热导率，即使当n = 1。我们将这种减少归因于Au/Ti/石墨烯和石墨烯/SiO2界面串联作用的热阻。从50 < T < 500 K的G的温度依赖性也表明，热主要由声子通过这些界面进行。我们的研究结果表明，金属接触不仅可以限制电传输，还可以限制亚微米石墨烯器件的散热。
2010-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmon-phonon coupling in graphene
计算了单层和双层石墨烯的电子-声子耦合系统的集体激发，考虑了石墨烯中电子激发与衬底纵向光学声子模之间的非微扰库仑耦合.我们发现单层石墨烯中的等离子体-声子耦合在所有密度下都很强，但在双层石墨烯中，耦合仅在满足共振条件$ω_{pl} \approx ω_{ph}$的高密度下才有意义。这种差异来自于与石墨烯的手性相关的特殊屏蔽特性。等离子体-声子耦合解释了在长波长范围内测量到的准线性等离子体色散，从而解决了实验观测中的一个难题。
2010-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hot Phonons in an Electrically Biased Graphene Constriction
声子载流子相互作用可以对器件性能具有显著影响。它们可以通过测量声子寿命来探测，声子寿命反映了声子与其他准粒子，特别是载流子及其伴随声子的相互作用强度。载流子声子和声子-声子对声子寿命的贡献可以从温度依赖的研究中解脱出来。在这里，我们解决的重要性，声子载流子相互作用的焦耳加热的石墨烯收缩，以有助于理解的能量耗散在石墨烯为基础的电子器件。我们证明，无隙石墨烯授予电子声子相互作用不寻常的意义，特别是在低载流子密度。在常规半导体中，带隙通常防止声子通过电子-空穴产生而衰减，并且在金属或其他半金属中，费米温度过大而不能进入电子-声子耦合起主导作用的区域，如在石墨烯中在300至1600 K的研究声子温度区域中。
2010-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonons in Twisted Bilayer Graphene
我们从理论上研究了不同旋转角度下AA-堆叠、AB-堆叠和扭曲双层石墨烯中的声子色散。计算采用Born-von-Karman模型计算层内原子间相互作用，采用Lennard-Jones势计算层间相互作用。结果表明，堆积阶数对离面声学声子模的影响最大。扭曲双层石墨烯和AA-或AB-堆叠双层石墨烯中的声子态密度的差异出现在声子频率范围90 - 110 1/cm中。扭曲双层石墨烯导致新的声子分支的出现-称为纠缠声子-其起源于布里渊区中来自不同高对称方向的声子模式的混合。纠缠声子的频率强烈地依赖于旋转角，并且可以用于非接触识别石墨烯样品中的扭转角。所得到的结果和表列的频率的声子在扭曲的双层石墨烯的实验拉曼数据的解释和确定这些材料系统的热导率是重要的。
2013-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon Engineering of the Specific Heat of Twisted Bilayer Graphene: The Role of the Out-of-Plane Phonon Modes
我们从理论上研究了石墨烯、双层石墨烯和扭曲双层石墨烯的比热，同时考虑了每个极化分支的精确声子色散和态密度。结果表明，与传统的认为，面外声学声子的色散-称为ZA声子-偏离强烈的抛物线定律从低至~100 1/cm的频率开始。这导致了ZA声子态密度随频率的变化和比热与温度T的线性关系的破坏。我们建立了ZA声子决定的比热为T<200 K，而在200 K < T < 500 K，来自面内和面外声学声子的贡献是占主导地位的。在高温极限T>1000 K时，光学声子和声学声子对比热的贡献大致相等。石墨烯和扭曲双层石墨烯的德拜温度计算为约1861 - 1864 K。我们的研究结果表明，双层石墨烯等材料的热力学性质可以通过sp2-碳平面的旋转在原子尺度上进行控制。
2015-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Raman Linewidth Contributions from Four-Phonon and Electron-Phonon Interactions in Graphene
拉曼峰位置和线宽提供了对材料中声子非谐性和电子-声子相互作用（EPI）的深入了解。对于单层石墨烯，先前的第一性原理计算已经产生了随着温度升高而减小的线宽，这与测量结果相反。在这里，我们明确地考虑四声子非谐性，声子重整化和电子-声子耦合，并发现所有这些都是重要的，成功地解释了$G$峰频移和线宽在我们的悬浮石墨烯样品在很宽的温度范围内。四声子散射贡献了随温度增加的显著线宽，而EPI的温度依赖性被发现在掺杂阈值（$\hbarω_G/2$，其中$ω_G$是$G$声子的频率）以上被反转。
2021-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hopping-resolved electron-phonon coupling in bilayer graphene
在本文中，我们研究了双层石墨烯中的电子-声子耦合，作为层间跳跃相关的多层石墨烯的典型情况。使用密度泛函理论（DFT）的背景下，并使用不同的光学声子位移的冻结声子的方法，我们能够定量地评估与每个跳跃项$γ_i$相关的电子-声子耦合$α_i$。这种分析还揭示了一个简单的标度律之间的跳跃项$γ_i$和电子-声子耦合$α_i$，这超出了具体的DFT技术。
2012-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal transport across nanometre gaps: phonon transmission vs air conduction
由纳米间隙分开的两个表面之间的热传递对于许多应用是重要的，这些应用包括间隔的磁头磁盘系统、扫描热显微镜和气凝胶中的热传输。在这些分离距离处，近场辐射热传递与声子介导的热传递竞争。在这里，我们量化的贡献声子辅助非极性固体之间的热传递使用晶格动力学结合从头计算。我们清楚地表明，声子占主导地位的亚纳米间隙的热传递。引人注目的是，我们得出结论，即使在间隙充满空气分子的情况下，声子提供了两个固体之间的主要能量通道几乎接触。我们的研究结果预测数量级增强声子传热相比，以前的作品，并提出了一种方法来分析声子传输通过纳米级真空间隙之间的非极性材料。
2020-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon spectroscopy through the electronic density of states in graphene
我们研究了声子结构如何在石墨烯的电子态密度中表现出来。本文提出了一种提取电子-声子重整化$λ$值的方法。此外，我们确定直接声子结构。随着掺杂的增加，这些结构与$λ$一起在幅度上增长并且不再显示粒子-空穴对称性。
2009-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phononics in Low-Dimensions: Engineering Phonons in Nanostructures and Graphene
声子-晶格振动的量子-在材料中的所有电，热和光学现象中显示自己。纳米结构为调整声子能谱和特定应用材料的相关性质提供了令人兴奋的机会。随着石墨烯和二维范德华材料的出现，声子输运和声子相互作用的受控修改（称为声子工程或声子学）的可能性进一步增加。我们描述了用于调谐的声子谱和控制的低维材料通过带状边缘，晶界，同位素组成，缺陷浓度，和原子平面取向的热性能的方法。
2012-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Breakdown of the interlayer coherence in twisted bilayer graphene
电子在布洛赫态的相干运动是固体物理中电荷传导的基本概念之一。然而，在层状材料中，当层间耦合由于例如大的层间间隔而显著降低时，这种条件常常对于层间导电而失效。我们报告说，完全抑制相干导电实现，即使在原子长度尺度的层分离在扭曲的双层石墨烯。扭曲双层石墨烯的层间电阻率远高于Bernal堆叠石墨的c轴电阻率，并且表现出对温度以及外部电场的强烈依赖性。这些结果表明，石墨烯层显着解耦的旋转和非相干传导是扭曲的双层石墨烯层之间的主要传输通道。
2012-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phononic thermal transport along graphene grain boundaries
我们发现，声子在石墨烯的热输运是不能免疫的晶界（GB）沿温度梯度的方向排列。非平衡态分子动力学模拟揭示了声子热导率（$κ_p$）沿线性超窄晶界包括纵向重复的五边形-七边形位错的大幅减少。格林函数计算和谱能量密度分析表明，$κ_p$是周期性应变场的复杂表现，表现为具有漫反射和镜面声子反射的反射式衍射光栅，是声子-声子非谐散射源。我们的研究结果提供了新的见解的完整性的声子热输运GB石墨烯。
2021-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Concomitant enhancement of electron-phonon coupling and electron-electron interaction in graphene decorated with ytterbium
电子-电子相互作用和电子-声子耦合之间的相互作用一直是石墨烯中的关键问题之一，因为它可以提供有关外来原子增强石墨烯中电子-声子耦合的起源的信息。在碳化硅衬底上的镱修饰的石墨烯，电子-声子耦合表现出强烈的增强相比，生长的石墨烯。基于角分辨光电子能谱的研究，镱的存在也被发现导致费米速度的降低，揭示了费米液体理论中电子-电子相互作用的增强。我们的研究结果的电子-电子相互作用和电子-声子耦合的同时增强表明，在石墨烯装饰与外来原子的两个代表性的多体相互作用之间的相互作用的可能性。
2020-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical generation and detection of local non-equilibrium phonons in suspended graphene
悬浮石墨烯的不同的一阶和二阶拉曼峰的测量的频率和强度被用于示出光学声子和不同的声学声子偏振被驱动出亚微米激光光斑内的局部平衡。实验结果与基于第一性原理的多温度模型相关联，表明弯曲声子的等效局部温度比其他声子极化的等效局部温度低得多。这一发现揭示了弯曲模与热电子和光学声子之间的弱耦合。由于石墨烯的固有热导率在很大程度上归因于弯曲声子的贡献，因此观察到的局部非平衡现象对于理解石墨烯基电子和光电子器件中的能量耗散过程以及石墨烯和其他二维材料中热输运的拉曼测量具有重要意义。
2017-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Prediction of Phononic Thermal Conductivity of Silicene: a Comparison with Graphene
除了石墨烯之外，人们对二维材料在基础科学和技术应用方面都有很大的兴趣。硅烯是石墨烯的硅对应物，已被证明具有比石墨烯更好的电子性质。然而，其热输运性质尚未得到充分研究。在本文中，我们应用基于第一性原理的声子玻尔兹曼输运方程来研究硅烯的热导率以及声子散射机制。虽然石墨烯和硅烯都是二维晶体，具有相似的晶体结构，但我们发现硅烯中的声子输运与石墨烯中的声子输运有很大的不同。硅烯的热导率相对于样品尺寸呈对数增加，这是由于声学面内声子模式的散射率小，而石墨烯的热导率是有限的。对声子散射通道的详细分析表明，由于弯折结构引起的声离面（ZA）声子模的线性色散，使得硅烯中的长波长纵向声（LA）声子模的散射不如石墨烯中的有效.与石墨烯相比，其中大部分热量由声学面外（ZA）声子模式携带，硅烯中的ZA声子模式对总热导率的贡献仅为~10%，这也可以归因于屈曲结构。这种使用基于第一原理的计算对硅烯和石墨烯的声子输运和热导率进行的系统比较，为其他二维材料（如二维过渡金属二硫属化物）提供了一些线索。
2014-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Diffraction and near-zero transmission of flexural phonons at graphene grain boundaries
已知石墨烯晶界会影响声子输运和热导率，这表明它们可以用于设计石墨烯的声子性质。本文采用分子动力学研究了两个屈曲晶界对长波长弯曲声学声子的影响。由于其对热传输的重要性，选择了弯曲声学模式。据发现，通过边界的传输被强烈抑制的入射角接近35 $^\circ$。此外，晶界被发现作为衍射光栅的声子。
2015-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical Control over Phonon Polarization in Strained Graphene
我们利用磁-声子共振研究了悬浮单轴应变石墨烯中声子极化的可调谐性。单轴应变提升了LO和TO声子的简并度，产生两个交叉线偏振声子模和拉曼G峰的分裂。我们利用石墨烯中强的电子-声子耦合和磁-声子共振的非共振耦合来诱导门可调谐的圆声子二向色性。这与应变诱导的G峰分裂一起，使我们能够可控地将两个线性极化的G模式声子调谐为圆形声子模式。我们能够纯粹通过静电场实现高达40%的圆声子极化，并且可以通过从电子到空穴掺杂的调谐来反转其符号。这提供了对声子角动量的前所未有的静电控制，这为声子应用铺平了道路。
2021-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interplay of Coulomb and electron-phonon interactions in graphene
通过重整化群方法，我们考虑了电子-声子相互作用和强库仑相互作用的相互影响。我们发现库仑相互作用增强了电子与谷间A1光学声子的耦合，但对谷内E2声子的耦合没有增强。
2008-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Giant Quantized Phonon Modes in Graphene via Tunneling Spectra
声子是晶格的基本振动模式，通过电子-声子相互作用在决定材料的电子性质方面起着至关重要的作用。然而，在电学测量中，直接探测材料的声子模式已被证明是困难的。本文报道了在磁场作用下，利用隧道谱观测石墨烯单层中K和K离面声子的巨量子化声子峰，这种方法通常被用来测量材料的局域电子性质.垂直的磁场将石墨烯中的无质量狄拉克费米子量子化为离散的朗道能级（LL）。我们证明了准粒子的声子在石墨烯的发光层中的发射或吸收产生了一个新的离散态序列：量子化声子模。在我们的隧穿谱中，由于K和K面外声子打开了一个非弹性隧穿通道，所观察到的声子峰的强度大约是LL的50倍。我们还表明，它是可能的开关量子声子模式在纳米尺度上通过控制石墨烯和支撑衬底之间的相互作用。
2019-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Circular dichroism of magneto-phonon resonance in doped graphene
研究了单层石墨烯中E $_{2g}$声子在高达29 T的磁场中的偏振分辨拉曼散射响应。观察到E $_{2g}$声子仅与基本朗道能级间激发（涉及n=0朗道能级）的杂化，并且仅在圆交叉偏振激发和散射光的两种构型中的一种中观察到这种杂化。磁-声子共振的这种极化各向异性被示出为相对强掺杂的石墨烯样品所固有的，其中载流子浓度对于沉积在SiO $_2$上的石墨烯是典型的。
2012-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon Hydrodynamic Heat Conduction and Knudsen Minimum in Graphite
在流体力学领域，声子在温度梯度下以非零的集体速度漂移，这让人想起粘性气体和流体流动。流体动力学声子输运的研究已经跨越了半个多世纪，但主要限于低温（~1 K）和最近的低维材料。在这里，我们确定石墨作为一种三维材料，支持声子流体力学在显着更高的温度（~100 K）的基础上第一性原理计算。特别是，通过求解玻兹曼方程的声子输运在石墨带，我们预测声子Poilluille流和努森极小值可以在液氮温度以上的实验观察。此外，我们揭示了这些有趣的现象的微观起源方面的有效边界散射率动量守恒声子-声子散射过程和声子的集体运动的依赖。石墨中声子输运的显著流体动力学性质归因于其强的层内sp2杂化键和弱的范德华层间相互作用。作为一种边界敏感的输运机制，声子流体力学为热管理和能量转换开辟了新的可能性。
2017-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical Phonons Following Electron Relaxation Stages in Photo-excited Graphene
本文利用第一性原理计算研究了光激发石墨烯中电子弛豫各阶段的动力学声子行为，揭示了光致声子硬化、非绝热性增强及相干声子产生等机制，为理解非平衡声子修饰和光致相变提供了理论基础。
2023-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
How phonon coherence develops and contributes to heat conduction in periodic and aperiodic superlattices
本研究通过原子级波包模拟发现，非周期性超晶格中无序界面间距使相干声子表现为非传播振动模式，导致能量漫散射传输，而周期性超晶格中相干声子可弹道传播，揭示了声子相干性对热传导的影响。
2024-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast relaxation of hot phonons in Graphene-hBN Heterostructures
快速载流子冷却对于高功率石墨烯基器件是重要的。强耦合光学声子（SCOP）在石墨烯中光激发载流子的弛豫过程中起着重要作用。石墨烯和六方氮化硼（hBN）的异质结构已经显示出异常的迁移率和高饱和电流，这使得它们对于应用是理想的，但是hBN衬底对载流子冷却机制的影响还不清楚。我们使用超快泵浦-探测光谱跟踪石墨烯-hBN异质结构中的热光激发载流子的冷却。我们发现，在hBN上的石墨烯的情况下，载流子的冷却速度比在氧化硅衬底上快四倍，从而克服了困扰石墨烯器件冷却的热声子（HP）瓶颈。
2017-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Weyl-like Phonons and Nodal Line Phonons in Graphene
通过第一性原理计算和模型分析，我们预测了传统的二维石墨烯在其声子谱中具有拓扑声子类Weyl点（PWs）和声子节线（PNL）。石墨烯的声子色散承载三个I型PW（在BZ角\emph{K}和\emph{K} '处的PW 1和PW 2两者，以及沿着$Γ$-\emph{K}线定位的PW 3）、沿着$Γ$-\emph{M}线定位的一个II型PW 4、以及围绕$q_{x,y}$平面中的中心$Γ$点的一个PNL。计算结果进一步揭示，在整个BZ中，Berry曲率为零，只有这四对Weyl类声子的位置例外，在这些位置处，Berry曲率出现非零奇异值，Berry相位为$π$或- $π$，从而证实了BZ的拓扑非平凡性.拓扑保护的非平凡的声子边缘状态也已被证明沿两个扶手椅边缘和扶手椅边缘的边界。这些结果将为进一步研究石墨烯的拓扑声子性质铺平道路，例如具有抑制后向散射的声子相消干涉和本征声子量子霍尔效应。
2019-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron and hole lifetime in monolayer graphene
单层电子掺杂石墨烯中的激发传导电子、传导空穴和价空穴表现出不寻常的库仑衰减速率。利用屏蔽交换能研究了去激过程。它们可能利用带内单粒子激发（SPE），带间SPE和等离子体激元模式，这取决于准粒子态和费米能量。低位价空穴可以通过无阻尼的声等离子体衰减，因此它们呈现非常快的库仑退激，非单调的能量依赖性和各向异性行为。然而，低能量传导电子和空穴类似于二维电子气中的电子和空穴。高能量传导态和深能量价态在可用的去激发通道中的行为相似，并且具有与波矢${\bf k}$相似的衰减速率依赖性。
2019-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted carrier cooling in h-BN/graphene van der Waals heterostructures
作为超薄导体-绝缘体结应用于光电子器件中，需要详细研究h-BN和石墨烯究竟如何杂化。在这里，我们提出了一个全面的从头算研究的热载流子动力学的电子-声子散射在h-BN/石墨烯界面，使用石墨（散装），单层和双层石墨烯作为基准材料。与单层石墨烯相反，所有多层结构都具有促进载流子热化的低能光学声子模式。我们发现，h-BN/石墨烯界面代表了一个例外，低能光学声子和电子之间的耦合相对较弱。因此，从石墨烯已知的热化瓶颈效应在与h-BN的杂交中幸存下来，但在考虑的所有其他双层和多层情况下大大减少。此外，我们还表明，与石墨相比，双层石墨烯中的量子限制对热化时间没有显着影响，因此双层石墨烯可以作为体相对应物的极小模型。
2022-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Transport in Graphene, Few-Layer Graphene and Graphene Nanoribbons
石墨烯独特的热传导特性的发现，引发了二维材料系统中声子输运的理论和实验研究的热潮。迅速发展的石墨烯热场从理论物理到实际工程应用。在这篇特邀评论中，我们概述了不同的理论方法，用于描述声子在石墨烯中的传输，并提供与现有的实验热导率数据的比较。重点分析了石墨烯和少层石墨烯的声子热导率的最新理论结果，以及应变、缺陷、同位素和边缘散射对这些材料系统中声子输运的影响。
2016-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical characterization of electron-phonon interactions at the saddle point in graphene
从实验和理论上研究了石墨烯鞍点吸收峰附近电子-声子相互作用的作用。多个非相互作用的石墨烯层的差分光学透射谱揭示了电声声子耦合在能带结构重整化中所起的主导作用。使用玻恩近似的电子-声子耦合和实验估计的动态声子晶格温度，我们推导出的有效声学变形势为$D^{\rm ac}_{\rm eff} \simeq 5$ eV。这个值与最近的理论预测一致，但与使用电输运测量获得的结果有很大不同。
2013-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface polar optical phonon interaction induced many-body effects and hot-electron relaxation in graphene
我们从理论上研究了极性材料衬底上石墨烯中电子-表面光学声子相互作用效应的各个方面。我们计算的电子自能在表面声子介导的电子-电子相互作用的存在下，专注于如何线性手性石墨烯色散重整化的表面声子。利用多体微扰理论计算了考虑电子-极性光学声子相互作用的石墨烯中的电子自能和准粒子谱函数。计算了自由电子在介质基片中与表面光学声子极性相互作用的散射率随电子能量、温度和载流子密度的变化。讨论了屏蔽对自能和散射率的影响。我们的理论提供了一个全面的定量（和定性）图片表面声子相互作用诱导的多体效应和热电子弛豫狄拉克材料。
2013-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Thermal Conduction in Graphane Nanoribbons
石墨烯和石墨烯都是二维材料，但具有不同的键合构型，这可以导致不同的热传导性质。我们模拟石墨烷纳米带（GANRs）使用非平衡格林函数方法的热传导。研究发现，GANRs具有较低的弹道热导和较强的热导各向异性比石墨烯同行。此外，GANRs的氢空位显著抑制热传导，伴随着增强的热导各向异性。通过控制GANRs的宽度、边缘形状和氢空位浓度实现的可调热传导可用于热管理和热电应用。
2014-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and thermal conduction properties of halogenated porous graphene nanoribbons
在密度泛函理论（DFT）计算的框架下，我们研究了卤素原子钝化的多孔石墨烯（PG）结构作为高效热电器件的可能候选者的电子和热性质。对扶手椅型和锯齿型卤化PG纳米带进行了比较分析。的电子性质是一致的预期行为的两种类型的终端，但与不同的卤素原子引入的显着影响。取决于孔径和卤素类型，声子能带结构中的伪间隙在低频范围内是可见的，这对于低温下的热传导特别重要。当卤素的原子序数增加时，能隙系统地向较低能量移动。同时，电子能隙减小，这对于在热电器件中获得大的品质因数也是必不可少的。这表明通过卤素钝化来调节PG结构的电子和热性质的可能性。
2016-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Raman Spectroscopy of magneto-phonon resonances in Graphene and Graphite
当朗道能级之间的能量间隔被连续调谐以跨越光学声子模式的能量时，磁-声子共振或MPR发生在半导体材料中。MPR已在体半导体、二维系统和量子点中被大量探索。近年来，人们对石墨烯中Dirac费米子磁激子的MPR相互作用产生了极大的兴趣，并在理论上提出和实验上观察到了偶宇称E2 g长波光学声子模的丰富的分裂和反交叉现象。已发现MPR关键地取决于石墨烯层中的无序。这一特性为研究原子层中无序和相互作用之间的相互作用创造了新的场所。我们在这里回顾MRP在石墨烯的基本原理和实验拉曼散射工程，导致这些现象在石墨烯和石墨的观察。
2012-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-Induced Transparency in Functionalized Single Layer Graphene
在本文中，谷间散射被用来解释掺杂和无序单层石墨烯的红外光谱中的异常反共振。我们目前的红外光谱测量石墨烯接枝与碘苯基部分在反射显微镜和透射配置。与原始石墨烯的无特征光谱相比，观察到在与靠近Γ和K点的声子模式对应的能量处的不对称透明窗口。这些不对称的反共振被证明是变化的化学势的函数。我们提出了一个模型，其中涉及相干带内散射的缺陷和声子，从而放宽了光学选择规则禁止访问${\bf q} \neq$ Γ声子。这种新现象的解释是支持我们的数值模拟再现实验功能。
2015-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optimized Tersoff and Brenner empirical potential parameters for lattice dynamics and phonon thermal transport in carbon nanotubes and graphene
我们研究了常用的Tersoff和Brenner经验原子间势的背景下的声子分散在石墨烯。我们已经找到了一个参数集，为每个经验势，提供了改进的拟合一些结构数据和平面内的声子色散数据的石墨。这些优化的参数集产生的值的声学声子的速度与测量数据更好地吻合。它们还提供了单壁碳纳米管中的晶格热导率值，与从原始参数集获得的值相比，这些值得到了相当大的改善。
2010-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier Recombination and Generation Rates for Intravalley and Intervalley Phonon Scattering in Graphene
给出了石墨烯中谷内和谷间声子散射的电子-空穴产生率和复合率。在带中心（$Γ$点）附近的横向和纵向光学声子模（$E_{2g}$模）对谷内带间载流子散射有贡献。在区边缘（$K(K')$点），只有横向光学声子模式（$A'_{1}$ -模式）有助于显着的谷间带间散射的复合速率快于由于区中心声子。计算的复合时间范围从小于一皮秒到超过几百皮秒，是温度和电子和空穴密度的强函数。理论计算与实验测量的石墨烯中光激发载流子的复合率吻合得很好。
2009-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmon losses due to electron-phonon scattering: the case of graphene encapsulated in hexagonal Boron Nitride
封装在六方氮化硼（hBN）板之间的石墨烯片由于来自诸如库仑杂质和波纹的非本征无序源的非常有限的散射而显示出极好的电子性质。因此，这些样品有望成为在宽光谱范围内高度可调谐的低损耗等离子体激元的理想平台。在这篇文章中，我们提出了一个理论的集体电子密度振荡的石墨烯片封装在两个hBN半无限板（hBN/G/hBN）。石墨烯等离子体激元与hBN光学声子杂交，形成混合等离子体激元-声子（HPP）模式。我们专注于这些模式对石墨烯的声学声子和hBN光学声子的散射，预计在hBN/G/hBN堆叠中发挥关键作用的两个散射源。我们发现，在室温下，对石墨烯的声学声子的散射是hBN/G/hBN堆叠的主要限制因素，产生$50$-$60$的顺序的混合等离子体-声子模式的理论逆阻尼比，具有对载流子密度的弱依赖性和对照明频率的强依赖性。我们证实，等离子体激元的寿命是不直接相关的流动性：事实上，它可以是反相关的。
2014-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Double-resonant LA phonon scattering in defective graphene and carbon nanotubes
我们目前的测量$D''$拉曼模式在石墨烯和碳纳米管在不同的激光激发能。在1050 - 1150 cm $^{-1}$附近的喇曼模起源于纵向声学（LA）声子与缺陷的双共振散射过程。我们研究了它对激光激发能、石墨烯层数和碳纳米管直径的依赖性。我们分配这个拉曼模式，以所谓的“内”过程与共振声子主要从$Γ-K$高对称性方向。$D''$模式的不对称性可以通过$Γ-K$线附近声子的额外贡献来解释。我们的研究结果证明了双共振散射过程中内部贡献的重要性，并增加了一个快速的方法来研究声学声子在石墨烯和碳纳米管的光谱。
2014-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface phonons limit heat conduction in thin films
了解薄膜中的微观热传导对于先进电子学的纳米/微米传热和热管理具有重要意义。由于薄膜的厚度与声子波长相当或比声子波长更短，声子色散关系和输运性质被显著调制，这应该被考虑用于薄膜中的热传导。虽然已经考虑了声子限制和耗尽效应，但应该强调的是，由于高的表面积与体积比，表面局域声子（表面声子）对热传导的影响可能不可忽略。然而，到目前为止，表面声子在热传导中的作用很少受到关注。在目前的工作中，我们进行了非谐晶格动力学计算的表面声子方面的厚度和温度的依赖关系的硅薄膜与亚10 nm厚度的面内热导率的调查。通过系统分析表面声子的影响，我们发现局域在薄膜中的表面声子和内部声子之间的非谐耦合显著抑制了薄膜中的整体面内热传导。我们还发现，特定的低频表面声子显着有助于表面-内部声子散射和热传导抑制。我们的研究结果是有益的电子和声子器件的热管理，并可能导致表面声子工程的热导率控制。
2021-04-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Impurity State and Variable Range Hopping Conduction in Graphene
如针对指数定域杂质态所制定的可变范围跳跃理论不一定适用于具有共价连接杂质的石墨烯的情况。我们采用格林函数微扰方法，利用原子-石墨烯系统的最近邻紧束缚模型，分析了石墨烯中杂质态的局域化。杂质态波函数的振幅被确定为衰减为幂律，其指数取决于亚晶格、方向和杂质种类。我们重新审视的可变范围跳跃理论鉴于这一结果，并发现电导率依赖于作为一个幂律的温度与指数有关的本地化的波函数。我们表明，这种温度依赖性是与现有的实验结果。
2012-12-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Acoustic-phonon-mediated superconductivity in moiréless graphene multilayers
我们研究了声学声子介导的超导性与无莫尔条纹石墨烯多层膜中的长程库仑相互作用之间的竞争，具体地说，Bernal双层石墨烯，菱形三层石墨烯和ABCA堆叠的四层石墨烯。在这些石墨烯多层膜中，声学声子可以通过电子-声子耦合实现自旋-单线态和自旋-三线态配对，并且亚晶格内配对（$s$ -波自旋-单线态和$f$ -波自旋-三线态）是主要通道。我们的理论自然地解释了最近在Bernal双层石墨烯和菱面体三层石墨烯中的不同实验结果，并且我们进一步预测了ABCA四层石墨烯中存在由电子-声子相互作用引起的超导电性。特别是，我们证明了声学声子介导的超导电性占上风，在菱面体三层石墨烯和ABCA四层石墨烯的掺杂范围很广，而超导电性只存在于一个狭窄的范围内掺杂附近的Van Hove奇点Bernal双层石墨烯。我们的理论的主要特点是列入现实的能带结构与适当的范霍夫奇异性和库仑排斥效应（所谓的“$μ^*$效应”）反对声子诱导的超导配对。我们还讨论了谷间散射如何抑制自旋极化超导。我们的工作提供了详细的预测的基础上电声声子相互作用诱导的石墨烯超导性，这应该在未来的实验中进行研究。
2022-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Anisotropic heat conduction of coherently transported phonons in InGaO3(ZnO)m single crystal films with superlattice structures
超晶格为研究低频声子的相干输运提供了一个很好的平台，这是掌握热传导操纵的主要问题。研究表明，超晶格热导率的主要特征可以根据超晶格周期在类波和类粒子声子性质之间进行调节。然而，声子相干长度和声子平均自由程从Umklapp过程中没有被定义在一个超晶格系统中，和过渡到类波和类粒子的行为是不清楚的日期，尽管广泛的研究工作。在这项研究中，我们使用的InGaO3（ZnO）m（m =整数）单晶薄膜的超晶格结构的声子相干长度以及Umklapp平均自由程在一个系统中的实验特征。根据计算结果，超晶格中的热传导性质可以根据声子相干长度与超晶格周期的比值以三种不同的方式变化。我们还讨论了声子特征长度在超晶格热传导中的作用及其各向异性。
2021-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Physical origin of enhanced electrical conduction in aluminum-graphene composites
该研究通过密度泛函理论计算揭示铝-石墨烯界面结构及石墨烯增强费米能级态密度，从而提升电导率，并发现双层石墨烯复合物电导率在300-400 K随温度非单调变化。
2024-01-04 cond-mat.mtrl-sci
MoS2-graphene in-plane contact for high interfacial thermal conduction
最近的研究表明，二维（2D）MoS 2的面内和面间热导率较低，这对基于MoS 2的电子器件的热管理提出了重大挑战。为了应对这一挑战，我们通过充分利用石墨烯（一种具有超高导热性的2D材料）来设计MoS 2和石墨烯之间的界面。我们首先进行从头计算原子模拟，了解的接口的键合性质和结构稳定性。我们的研究结果表明，所设计的界面，这被发现是连接在一起的Mo和C原子之间的强共价键，是能量稳定的。然后我们进行分子动力学模拟来研究界面热导。令人惊讶地发现，界面热导率高，与石墨烯-金属共价键合界面的热导率相当。重要的是，每个界面Mo-C键作为一个独立的热通道，使调制的界面热导通过控制Mo空位浓度在界面上。目前的工作提供了一个可行的路线，在二硫化钼基电子器件的热管理。
2017-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Phonons in potassium doped graphene: the effects of electron-phonon interactions, dimensionality and ad-atom ordering
石墨烯声子测量作为电子掺杂的函数，通过添加钾吸附原子。在低掺杂状态下，面内碳G峰随着掺杂的增加而变硬和变窄，类似于经由场效应掺杂的石墨烯中所见的趋势。在高掺杂下，超出场效应可达到的那些，G峰强烈软化和加宽。这被解释为声子自能的动态非绝热重整化。在轻掺杂和重掺杂制度之间的掺杂，我们发现一个强大的不均匀相，其中钾覆盖被隔离成高密度和低密度的区域。1-4层石墨烯的声子能量、线宽和可调谐性非常相似，但与掺杂的块状石墨显著不同。
2011-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A revisit to phonon-phonon scattering in single-layer graphene
了解石墨烯的导热机制是一个长期的研究课题，由于其高导热性。基于Peierls-Boltzmann输运方程（PBTE）的研究揭示了石墨烯中许多独特的声子输运性质，但以往的研究大多只考虑了三声子散射，并依赖于0 K下提取的原子间力常数（IFC）。在本文中，我们探讨的四声子散射和温度依赖的IFC的声子输运在石墨烯中的作用，通过我们的PBTE计算。我们表明，四声子散射的强度将被严重高估，通过使用在0 K下提取的IFC相比，对应于一个有限的温度，和四声子散射被发现显着降低石墨烯的热导率，即使在室温下。为了重现从分子动力学模拟预测，声子频率展宽时，必须考虑到确定的声子散射率。我们的研究阐明了有限温度下石墨烯的声子输运性质，并可以扩展到其他晶体材料。
2019-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale modeling of heat conduction in graphene laminates
我们开发了一种结合原子连续分层多尺度方法来探索石墨烯层压板的有效热导率。为此，我们首先进行了分子动力学模拟，以便在原子水平上研究热传导。采用非平衡分子动力学方法，计算了石墨烯的长度相关热导率以及两个石墨烯片之间的接触热导率。下一步，根据分子动力学模拟提供的结果，我们构建了石墨烯层合板的有限元模型，以探讨宏观层面的有效热导率。还开发了类似的方法来研究由六方氮化硼（h-BN）膜制成的层压材料的热导率。与最近的实验观察相一致，我们的多尺度模型证实了薄片尺寸是影响石墨烯和h-BN层压板热导率的主要因素。所提出的多尺度方法提供的信息可以用来指导实验研究，以制造具有可调的热传导性能的层压板。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal conductivity of mass-graded graphene flakes
本文采用非平衡分子动力学模拟研究了质量梯度石墨烯片的热传导。研究发现，质量梯度石墨烯片在热传导过程中没有表现出热整流效应。研究了导热系数与热流密度和质量梯度的关系，证实了结果的普遍性，并讨论了导致热整流效应消失的机理。
2011-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Energy Exchange between Phononic and Electronic Subsystem Governing The Nonlinear Conduction in DCNQI$_2$Cu
本文对准一维导体DCNQI $_2$ Cu在75 K以下的非线性导电行为进行了动力学研究。我们可以准确地模拟的幅度和时间依赖性的测量电导率响应于大的电压脉冲占声子和电子子系统之间的能量交换的装置的一个ESTA模型。我们的模拟揭示了一个独特的非平衡人口的光学声子态的平均能量为E $_{ph}$ = 19 meV的激活能约$Δ$ E $_a$ = 39 meV的一半，在直流电阻率测量观察。通过非弹性散射，这种热的光学声子浴产生额外的携带电荷的激发，从而提供倍增效应，而传递到声学声子的能量通过热传导耗散出系统。因此，在高电场中，与声学声子模式相比，携带电荷的激发与光学声子的优选相互作用被认为是负责在DCNQI $_2$ Cu中观察到的非线性传导效应。
2015-07-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
