Structures and magnetic properties of ZnO nanoislands
采用第一性原理计算，系统地研究了单层和双层厚度的二维三角形类石墨ZnO纳米岛的原子结构和电子性质.我们发现，单层ZnO纳米岛与O终止锯齿形边缘是磁性的基态，与磁性来自O的边缘状态。其他单层和双层ZnO纳米岛具有不同的边缘结构，都是在其基态的双折射。进一步揭示了对于不同的ZnO纳米岛，它们的磁性与它们的尺寸有很大的关系，较大的纳米岛具有较大的磁矩。
2011-10-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Tensile Strain Induced Anomalous Enhancement in the Lattice Thermal Transport of Monolayer ZnO: A First Principles Study
本研究通过第一性原理计算发现，0%-10%双轴拉伸应变会反常提升单层ZnO的晶格热导率，揭示了ZA声子模硬化、声子特性竞争及四声子散射的关键作用，阐明了高阶非简谐性的影响机制。
2023-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio Study of Electronic and Lattice Dynamical Properties of monolayer ZnO under Strain
基于第一性原理密度泛函理论，研究了应变下单层ZnO的电子与振动性质变化，发现带隙减小及直接到间接带隙转变，声子模色散改变，18%双轴拉伸应变下结构失稳，并分析了其热电潜力。
2023-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of molecular hydrogen on honeycomb ZnO monolayers: A quantum density-functional theory perspective
本研究采用量子密度泛函理论（QLDFT）探究分子氢在原始ZnO单层的吸附，评估其在宽热力学条件下的储氢容量，发现ZnO片对氢分子平行运动限制更紧，且等量吸附热在不同温度下对吸附质密度的依赖性存在差异。
2024-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Unit Cell-Level Thickness Control of Single-Crystalline Zinc Oxide Nanosheets Enabled by Electrical Double Layer Confinement
离子层外延（ILE）是近年来发展起来的一种有效的方法，可以用来合成具有非层状晶体结构的纳米厚度的二维材料，如ZnO。两亲性单层的堆积密度被认为是控制纳米片成核和生长的关键参数。在这项工作中，我们系统地研究了单晶ZnO纳米片的生长行为的模板在水-空气界面的阴离子油基硫酸单分子层具有不同的填充密度。ZnO纳米片的厚度从一个晶胞调整到四个晶胞，并且与离子化表面活性剂单层下面的Zn 2+离子浓度区（Stern层）的宽度表现出良好的相关性。纳米片的尺寸和密度的进一步分析表明，纳米片的生长占主导地位的空间位阻从表面活性剂单分子层在较低的表面压力，而成核密度成为主导因素，在较高的表面压力。ZnO纳米片表现出降低的功函数的厚度减少到几个单元电池。这项研究验证了一个关键的假设，即纳米片的生长是自我限制的离子前体的双层形成。这项工作将开辟一条新的途径，从厚度低至一个晶胞的非层状材料中控制合成新型2D纳米片。
2017-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Elastic Properties of Hybrid Graphene/Boron Nitride Monolayer
最近已经合成了由石墨烯层内部的六方氮化硼（h-BN）相组成的杂化单层，并且显示出这是打开石墨烯单层中的带隙的有效方式[1]。在这封信中，我们报告了一个从头计算密度泛函理论（DFT）为基础的研究h-BN域的大小对石墨烯/氮化硼杂化单层（h-BNC）的弹性性能的影响。我们发现h-BNC的面内刚度和纵向声速均随h-BN浓度的增加而线性减小。
2012-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Selective Enhancement in Phonon Scattering leads to High Thermoelectric Figure of Merit in ZnO -- Graphene Oxide Core-shell Nanohybrids
ZnO是一种很有前途的环境友好热电材料。然而，需要解决差的TE品质因数（zT）以实现用于商业应用的显著TE效率。在这里，我们证明了声子散射的选择性增强导致RGO封装的Al掺杂的ZnO核壳纳米杂化物的zT增加，通过一个简单的和可扩展的方法合成。已经发现，将1原子%的Al与1.5重量%的RGO结合到ZnO（AGZO）中显示出zT（在1100 K下=0.52）的显著增强，这与裸未掺杂ZnO相比大一个数量级。光致发光和X-射线光电子能谱学测量证实，RGO封装显着淬灭ZnO中的表面氧空位随着新的间隙Zn施主态的成核。Tunneling光谱表明，裸ZnO的带隙为~ 3.4 eV，在RGO封装后有效地降低到~ 0.5 eV，促进电荷传输。电导率的提高也得益于使用放电等离子体烧结方法实现的超过95%的致密化，这有助于将GO还原成RGO。相同的Al掺杂和RGO盖帽协同地通过增强的声子-声子和点缺陷-声子散射来大幅降低热导率。这些对电导率和热导率的相反影响提高了功率因数以及zT值。总之，本研究为氧化物- RGO热电材料的合成提供了一条切实可行的路线，可用于高温热电发电。
2021-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing the Intrinsic Properties of Exfoliated Graphene: Raman Spectroscopy of Free-Standing Monolayers
研究了通过机械剥离石墨制备的原始的、自支撑的石墨烯单层的性质。石墨烯单层，悬挂在开放的沟槽，检查通过空间分辨拉曼光谱的G-，D-和2D-声子模式。G-模式声子表现出降低的能量（1580 cm-1）和增加的宽度（14 cm-1）相比，支持在二氧化硅覆盖的基板上的石墨烯单层的响应。从G模式拉曼光谱的分析中，我们推断出独立的石墨烯单层基本上是未掺杂的，残余载流子浓度的上限为2x10^11 cm-2。在支撑区域上，观察到明显更高且空间不均匀的掺杂。基于非常弱的拉曼D模式响应，独立的石墨烯单层显示出很小的局部无序。与样品的支撑区域的频率相比，独立石墨烯单层的双声子2D模式在频率上下移，并且表现出变窄的正偏斜线形。
2009-01-06 cond-mat.mtrl-sci
The Strength of Mechanically-Exfoliated Monolayer Graphene
详细研究了单原子厚度机械剥离石墨烯的形变和断裂行为。采用机械剥离法制备了不同长度、宽度和形状的单层石墨烯片，并将其沉积在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）梁上。通过使PMMA梁变形来跟踪单层石墨烯的断裂行为。通过在不同应变水平下的原位拉曼映射，从石墨烯拉曼2D带的移位确定石墨烯薄片上的应变分布。剥离的石墨烯的失效机制是通过薄片断裂或石墨烯/聚合物界面的失效。从应变等值线图中零应变线的出现所识别的裂纹的形成中观察到薄片的断裂。发现单层石墨烯薄片的强度随着薄片宽度的增加而降低。大薄片的强度下降到小于10 GPa，远低于单层石墨烯的130 GPa的报道值，这被认为是由于缺陷的存在。结果表明，单层石墨烯中的一对拓扑缺陷将形成一个伪裂纹，这种缺陷对单层石墨烯的强度的影响已经建模使用分子力学模拟。
2019-03-18 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the electrical and lattice thermal transport in monolayer and bilayer graphene
我们从第一性原理计算和玻尔兹曼输运理论（BTE）出发，研究了单层和双层石墨烯的输运性质。我们对单层石墨烯的电阻率研究表明，在一定的化学势范围内，Bloch-Gr ${\rm \ddot{u}}$奈森行为。通过用氮化硼代替石墨烯的碳二聚体，我们预测塞贝克系数增加了两倍。在我们的计算中已经观察到在小电场$\sim 0.3$ eV的影响下双层石墨烯的塞贝克系数的类似增加。具有杂质的石墨烯显示出电导率和迁移率的系统性降低。我们还利用声子BTE计算了单层和双层石墨烯的晶格热导率，在300-700 K的温度范围内与实验数据吻合得很好。
2017-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Elastic Bending Modulus of Monolayer Graphene
从固态碳-碳键的经验势出发，解析推导出单层石墨烯弹性弯曲模量的新公式。两个物理起源被确定为原子级薄的石墨烯片的非零的弯曲模量，一个是由于键角效应和其他导致从键序项与二面角。分析预测比较接近从头算能量计算。用分子力学方法模拟了石墨烯单分子膜的纯弯曲，随着弯曲曲率的增加，其切线弯曲模量表现出轻微的非线性和各向异性。弯曲和面内应变之间的内在耦合是指石墨烯单层卷成碳纳米管。
2009-01-27 cond-mat.mtrl-sci
High carrier mobility in single-crystal PtSe2 grown by molecular beam epitaxy on ZnO(0001)
PtSe 2作为一种高迁移率二维材料，在微电子学、光电探测和自旋电子学等领域有着广泛的应用前景。在绝缘衬底上生长具有晶片级均匀性的高质量PtSe 2是电子输运研究和器件实际应用的先决条件。在这里，我们报告的高度取向的少层PtSe 2 ZnO（0001）的分子束外延生长。用电子衍射、X射线衍射、原子力显微镜和透射电子显微镜对薄膜的晶体结构进行了表征。与生长在石墨烯、蓝宝石、云母、SiO2和Pt（111）上的PtSe 2层的比较表明，在绝缘衬底中，ZnO（0001）产生具有优异结构质量的膜。在ZnO/PtSe 2外延层上进行的霍尔测量显示出明显的半导体特性和高迁移率，室温下超过200 cm ~ 2 V ~（-1）s ~（-1），低温下高达447 cm ~ 2 V ~（-1）s ~（-1）。
2021-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Local Electrical Stress-Induced Doping and Formation of 2D Monolayer Graphene P-N Junction
我们展示了通过局部电应力在2D单层石墨烯中的掺杂。通过石墨烯系统的电阻-电压转移特性确认的掺杂被观察到随着电应力水平（电压）的增加从N型到P型连续可调。提出了两个主要的物理机制来解释所观察到的现象：表面化学的N型掺杂（在低水平的应力）和热激活的电荷转移从石墨烯到SiO2衬底的P型掺杂（在高水平的应力）的修改。基于局部施加的电应力，证明了在二维石墨烯单层上利用互补掺杂形成pn结。
2011-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Systematic Investigation of the Intrinsic Channel Properties and Contact Resistance of Monolayer and Multilayer Graphene FET
采用四探针测量方法，通过排除接触电阻，系统地研究了单层和多层石墨烯的本征沟道特性随层数的变化。我们表明，从石墨到双层石墨烯的归一化薄层电阻率的连续变化由一个独特的性质决定，即，带重叠，其从双层石墨烯的1 meV显著增加到八层的11 meV，并且最终达到石墨的40 meV。然而，单层石墨烯由于特殊的线性分散而显示出温度依赖性的偏差。此外，接触电阻率提取的情况下，典型的铬/金电极。观察到的高接触电阻率，其变化三个数量级（从~103到106欧姆微米），可能会显著掩盖单层石墨烯通道的出色性能，表明其在未来研究中的重要性。
2010-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Visualizing Individual Nitrogen Dopants in Monolayer Graphene
在单层石墨烯中，生长期间的替代掺杂可用于改变其电子性质。我们使用扫描隧道显微镜（STM），拉曼光谱，X射线光谱，和第一性原理计算，以表征在铜基板上生长的单层石墨烯中的单个氮掺杂剂。将单个氮原子作为石墨掺杂剂掺入，并且每个氮原子上的一部分额外电子离域到石墨烯晶格中。氮掺杂的石墨烯的电子结构仅在氮掺杂剂的位置的几个晶格间距内被强烈地修改。这些发现表明，化学掺杂是获得具有大载流子浓度的高质量石墨烯膜的有希望的途径。
2011-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Complex conductivity of monolayer graphene and Zitterbewegung
分析了最近推导出的单层石墨烯复电导率公式。我们发现，在这个公式中的实部和虚部服从Kramers和Kronig色散关系，这是一个很好的测试单层石墨烯的复电导率的公式的有效性。我们还考虑了一个额外的测试这个公式，敏感的积分特性的电导，如著名的F和规则。我们把它写成二维形式，并证明了如果我们承认回旋质量为有效质量并取积分的主值，它完全满足。我们发现石墨烯复合物的光学电导率奇异性和石墨烯中的电子Zitterbewegung之间有着深刻的关系。也就是说，Zitterbewegung频率的值通过汤姆逊公式与最近发现的电感L和电容C的大小相关。
2019-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Large area quasi-free standing monolayer graphene on 3C-SiC(111)
在立方碳化硅（即3C-SiC（111）表面）上获得大规模、均匀的准自立式单层石墨烯，这代表了用于石墨烯生长的吸引人且成本有效的平台。准自由单分子层是通过在界面（6 root 3x 6 root 3）R30重构碳层下插入氢而产生的。插层后，角度分辨光电子能谱（ARPES）揭示了尖锐的线性π带。通过X射线光电子能谱（XPS）和低能电子衍射（LEED）鉴定石墨烯与衬底的解耦。原子力显微镜（AFM）和低能电子显微镜（LEEM）表明，均匀的单层域延伸超过数百平方微米的面积。
2011-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Monolayer Adsorption of Noble Gases on Graphene
我们报告了我们的研究结果上的惰性气体，如氩，氪和氙的石墨烯片上的吸附，使用大正则蒙特卡罗（GCMC）模拟。我们计算了每个吸附质的二维气液临界温度，导致公平的协议与理论预测和实验值的气体在石墨上。我们确定了单分子膜的不同相，并绘制了相图。我们发现了氪，氩和氙的二维无公度固相，氪的二维公度固相。
2016-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic and extrinsic corrugation of monolayer graphene deposited on SiO2
利用超高真空扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）研究了在Si/SiO2（300 nm）表面上剥离沉积的石墨烯片的微观结构。虽然SiO2上的石墨烯是长程的，具有约25 nm的相关长度，但一些石墨烯单层表现出具有约15 nm的优选波长的额外的石墨烯。详细的分析表明，在石墨烯上也可以看到衬底的长距离散射，但幅度减小，从而得出石墨烯部分自由地悬浮在衬底的山丘之间的结论。因此，如果石墨烯沉积在SiO2上，则先前在人工悬浮的石墨烯上观察到的固有波纹也可以存在。
2008-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Low-temperature, dry transfer-printing of a patterned graphene monolayer
石墨烯最近作为电子和光子器件中的柔性透明电极或活性层的材料引起了很大的兴趣。然而，由于在暴露于高温或湿法工艺时降解的材料的顶部上获得图案化的石墨烯单层的困难，这种基于石墨烯的装置的实现受到限制。我们展示了一种低温，干燥的过程，能够转印到目标基板上使用弹性体邮票的铜箔上生长的图案化的石墨烯单层。实现这一点的一个挑战是在由聚（二甲基硅氧烷）制成的疏水印模上获得高质量的石墨烯层，这通过对常规湿转移方法引入两个关键的修改来克服-使用由Au组成的支撑层和降低液浴的表面张力。使用这种技术，石墨烯单层的图案转印在聚（3，4-亚乙基二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐和MoO3上，当暴露于水性或侵蚀性图案化过程时，这两者都容易降解。我们讨论了这种技术的应用范围，这是目前有限的低聚物污染物，和可能的手段，以扩大它消除污染问题。
2015-07-20 cond-mat.mtrl-sci
An expression for estimating the number of atoms displaced during the irradiation of monolayer graphene with neutrons
现有的数学表达式，用于评估材料的粒子辐射所取代的原子数量，不适用于石墨烯等2D结构。在以前的工作（J. Radioanal。Nucl.Chem，2011，289，1，167- 172），开发了用于在用重离子和用轻带电粒子辐照的石墨烯的情况下进行这种评估的模型。在本论文中，我们报告的推广模型的石墨烯辐照中子的能量范围为0- 2 MeV。
2012-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Fast Transfer-free Synthesis of High-quality Monolayer Graphene on Insulating Substrates by Simple Rapid Thermal Treatment
在给定的电介质衬底上无转移合成高质量、大面积石墨烯，这对于器件应用是非常理想的，仍然是一个重大的挑战。在本文中，我们报告了一种简单的快速热处理方法，用于从固体碳源在SiO2/Si衬底上快速直接生长高质量，大规模的单层石墨烯。在RTT工艺中采用了固体碳层/铜膜/SiO2的堆叠结构。插入的铜膜不仅充当碳前体的活性催化剂，而且还充当防止过早碳溶解的“过滤器”，因此有助于在SiO2/Si上生长单层石墨烯。所产生的单层石墨烯在室温下表现出高达3000 cm 2 V-1 s-1的高载流子迁移率和标准半整数量子振荡。
2015-07-20 cond-mat.mtrl-sci
A comparative study of the thermoelectric performance of graphene-like BX (X= P, As, Sb) monolayers
采用第一性原理计算和玻尔兹曼理论研究了类石墨烯磷化硼（BP）、砷化硼（BAs）和锑化硼（BSb）单层的电子和声子输运性质.通过考虑声子-声子散射和电子-声子散射，我们证明了BAs和BSb单分子膜中强的键非谐性可以显著地抑制声子的弛豫时间，但几乎不影响电子的弛豫时间.因此，这两个系统表现出可比的功率因数与BP单层，但低得多的晶格热导率。因此，在优化的载流子浓度下，在BAs和BSb单层中可以实现高于3.0的最大ZT值。有趣的是，在BSb单层中沿着扶手椅方向观察到非常相似的p型和n型热电性能，这在具有可比效率的热电模块的制造中至关重要。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Chemical vapor deposition of carbon nanotubes on monolayer graphene substrates: reduced etching via suppressed catalytic hydrogenation using C2H4
在大多数设想的应用中，充分利用石墨烯-碳纳米管（CNT）结构需要在CNT生长步骤期间保持石墨烯层的完整性。在这项工作中，我们展示了一种控制CNT在石墨烯衬底上生长的方法，其中源烃分解和碳饱和到催化剂纳米颗粒中并从催化剂纳米颗粒沉淀之间的反应平衡向CNT生长而不是石墨烯消耗转移。通过利用C2 H4原料，我们证明了这种气体允许的低温生长抑制了不期望的催化氢化，并显著减少了石墨烯层的蚀刻，以显示具有连续的、未损坏的结构的石墨烯-CNT混合物。
2013-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Inducing energy gaps in graphene monolayer and bilayer
在本文中，我们提出了一种机制，在石墨烯及其双层的光谱中的能隙的诱导，当这两种材料覆盖有水和氨分子。所获得的能隙在20-30毫电子伏的范围内，与石墨烯双层的实验研究中发现的值相容。我们进一步表明，结合能是足够大的吸附的分子保持即使在室温下。
2008-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of Long Monolayer Graphene Ribbons grown on Graphite Capped 6H-SiC (000-1)
我们提出了一个大的，孤立的，石墨烯带上轴半绝缘6 H-SiC晶片的C面生长的调查。使用石墨帽覆盖SiC样品，我们修改了Si升华过程中的Si物种的脱附。这导致生长动力学的更好控制，产生非常长（约300微米长，5微米宽）的均匀单层石墨烯带。AFM、光学显微镜和SEM结果表明，这些带状物完全占据了SiC台阶表面上异常大的台阶。拉曼光谱表明，热应力已部分放松皱纹的形成，在AFM图像中可见。此外，我们表明，尽管石墨烯的低光学吸收，光学差分传输可以成功地用于证明的单层字符的带。
2009-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Electronic decoupling of an epitaxial graphene monolayer by gold intercalation
石墨烯在电子器件中的应用需要大规模外延生长。然而，衬底的存在通常显著降低了载流子迁移率。我们表明，它是可能的解耦的部分sp3杂化的第一石墨层上形成的Si-终止面的碳化硅从衬底上的金插层，导致一个完全sp2杂化的石墨烯层具有改善的电子性能。
2010-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic anisotropy energies and metal-insulator transitions in monolayers of $α$-RuCl$_3$ and OsCl$_3$ on graphene
具有$4d$或$5d$电子的过渡金属三氯化物是最近关于自旋轨道耦合和强库仑相互作用的相互作用的研究的前沿材料。在我们的第一性原理计算（DFT+ $U$ +SOC）中，我们研究了石墨烯对$α$ -RuCl $_3$和OsCl $_3$单层的电子和磁性的影响。尽管空间上不均匀的$n$型掺杂诱导的石墨烯，我们表明，占据的上哈伯德带的ML的\rucl和OsCl $_3$可以通过外部电场调谐，并允许控制（i）金属-绝缘体转变，和（ii）磁易轴和各向异性能量。我们的研究结果指出，通过使用石墨烯和外部电场的过渡金属三氯化物单层的电子和磁性的调谐。
2022-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Spin- and valley- coupled electronic states in monolayer WSe2 on bilayer graphene
我们通过外延生长在双层石墨烯上制备了高质量的单层WSe2薄膜，并通过自旋和角度分辨光电子能谱揭示了其电子态。我们观察到一个直接的能隙在布里渊区的角落相比，间接性质的差距，在散装WSe 2，这是由于缺乏层间相互作用和破坏的空间反转对称性的单层膜。一个巨大的自旋分裂约0.5 eV，这是已知的单层过渡金属二硫属化物中最大的，观察到的能带附近的区角。目前的研究结果表明，高潜在的适用性WSe 2开发先进的设备的基础上与自旋和谷自由度的耦合。
2015-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Plasma-enhanced atomic layer deposition of Al$_2$O$_3$ on graphene using monolayer hBN as interfacial layer
在石墨烯上沉积介电材料是释放石墨烯在电子应用中潜力的瓶颈之一。在本文中，我们展示了等离子体增强原子层沉积的10 nm薄的高品质的Al $_2$ O $_3$石墨烯使用单层的hBN作为保护层。进行拉曼光谱以分析由等离子体沉积引起的石墨烯晶格的可能的结构变化。结果表明，hBN单层结合优化的沉积工艺可以有效地保护石墨烯免受损伤，而在没有hBN层的情况下观察到显著的损伤。双栅极石墨烯场效应器件的电特性证实了石墨烯在Al $_2$ O $_3$的等离子体沉积期间没有降解。对于高达8 MV/cm的绝缘体上的电场，泄漏电流密度始终低于1 nA/mm，并且不可逆击穿发生在上面。这样的击穿电场对于Al $_2$ O $_3$是典型的，并且可以被看作是高质量介电膜的指标。
2022-08-24 cond-mat.mtrl-sci
The pristine atomic structure of MoS2 monolayer protected from electron radiation damage by graphene
原则上，材料可以用像差校正透射电子显微镜在单个原子的水平上成像。然而，这样的分辨率只能通过非常高的电子剂量来实现。因此，辐射损伤往往是表征敏感材料时的限制因素。在这里，我们展示了一种简单而有效的方法，通过使用石墨烯作为保护涂层来提高材料的电子辐射耐受性。这导致单层MoS2的辐射耐受性提高了三个数量级。在此基础上，我们构建了不同异质结构的样品，以分离不同辐射损伤机制的贡献。
2013-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Monolayer charge-neutral graphene on platinum with extremely weak electron-phonon coupling
在过渡金属衬底上外延生长石墨烯是获得大尺寸石墨烯的重要途径。然而，石墨烯与衬底之间的相互作用往往会导致多取向、石墨烯能带结构扭曲、掺杂量大、电子-声子耦合强等现象。在这里，我们报道了在Pt（111）衬底上通过使用非常低浓度的内部碳源和高退火温度来生长具有高结晶质量的单层石墨烯。受控生长导致电子解耦的石墨烯：它几乎是电荷中性的，并且具有极弱的电子-声子耦合（耦合强度$λ$ $\approx$ 0.056），如通过角度分辨光电发射光谱测量所揭示的。用密度泛函理论计算了碳扩散过程的热力学和动力学。当与无损样品转移技术相结合时，这种石墨烯与基底的相互作用可以忽略不计，为基础研究以及器件应用提供了重要的平台。
2015-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Electron spectrum of epitaxial graphene monolayers
SiC上的外延石墨烯具有与独立样品类似的电子光谱。然而，耦合到基板，虽然很小，影响准粒子的属性。结合\emph{ab initio}计算和对称性分析，我们导出了石墨烯外延层的一个修正的Dirac-Weyl哈密顿量。C面外延层的狄拉克锥几乎保持不变，Si面外延层的能带分裂约为30.meV.在一定的能量下，狄拉克带被界面态的共振相互作用显著扭曲，这将导致迁移率抑制，特别是在Si面上。
2010-09-11 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of two-dimensional van der Waals heterojunctions
石墨烯和其他二维材料，如硅烯、锗烯、磷烯、六方氮化硼（h-BN）、石墨碳氮化物（g-C3 N4）、石墨氧化锌（g-ZnO）和二硫化钼（MoS 2）等，由于其优异的性能和广泛的应用，近年来引起了人们极大的兴趣。展望这一领域之外，将二维材料的电子结构结合在范德华异质结中也出现了广泛的理论和实验研究，以探索其单一组分之外的一些新特性和潜在应用。本文综述了我们近年来利用密度泛函理论对石墨烯/硅、石墨烯/磷、石墨烯/g-ZnO、石墨烯/MoS 2和g-C3 N4/MoS 2等二维范德华异质结的结构、电子、电学和光学性质的理论研究。我们的理论模拟，设计和计算表明，新的二维范德华异质结提供了一个充满希望的未来的电子，电化学，光伏，光响应和存储器件的实验。
2015-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of the Raman G peak intensity in monolayer graphene: role of Ward identities
对于干净的石墨烯单层，计算了1580 cm^{-1}处的单声子拉曼峰的绝对积分强度。所得到的强度由电子能带的三角形弯曲和电子-声子耦合的各向异性决定，并且与激发频率的二次幂成比例。对该过程的主要贡献来自于具有激发频率量级的典型能量的中间电子-空穴态，与先前报道的相反。这是因为微扰理论中不同项之间的强抵消，类似于量子电动力学中的沃德恒等式。
2009-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Strain-tunable band gap of a monolayer graphene analogue of ZnS monolayer
使用第一性原理全势密度泛函计算，我们预测，机械可调的带隙是可实现的在ZnS单层石墨烯蜂窝状结构的应用面内均匀的双轴应变。双轴拉伸应变在（2.645%，3.171%）区间内存在一个由直接间隙相向间接间隙相的转变点。在两个带隙相中，带隙随应变的增加而减小，并随应变呈线性变化。
2012-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low temperature high-frequency monolayer graphene conductivity as a manifestation of Zitterbewegung
我们认为狄拉克电子在单层石墨烯中的Zitterbewegung现象是E.自由空间中相对论性电子的薛定谔。因此，我们表明，单层石墨烯的狄拉克电子振荡，即产生电子位置的平均值附近的快速波动，具有相当高的频率，但远低于自由空间中的相对论电子。研究了单层石墨烯中由费米-狄拉克分布形成的电导率电子波包的Zitterbewegung与高频复电导率的关系。因此，我们发现单层石墨烯的电磁谐振特性可以通过一组等效振荡电路来模拟。这是有用的，以便赋予电磁过程的连续性，这对于将石墨烯结合到电子系统中特别重要。
2020-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monolayer Graphene as Saturable Absorber in Mode-locked Laser
我们证明了单层石墨烯的固有性质使其能够作为一个更有效的可饱和吸收体的锁模光纤激光器相比，多层石墨烯。单层石墨烯的吸收可以在较低的激发强度下饱和，相比于多层石墨烯、具有类似条纹的缺陷的石墨烯和官能化的石墨烯。单层石墨烯具有95.3%的显著大的调制深度，而多层石墨烯的调制深度由于非饱和吸收和散射损耗而大大减小。利用单层石墨烯作为可饱和吸收体，可以产生皮秒超快激光脉冲（1.23ps）.由于单层石墨烯具有超快的弛豫时间、较大的调制深度和较低的散射损耗，因此在脉冲整形能力、脉冲稳定性和输出能量方面都优于多层石墨烯。
2010-11-15 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.optics
Probing Electron Spin Resonance in Monolayer Graphene
石墨烯中$g$因子的精确值对于所有自旋相关性质及其应用具有根本意义。我们研究了单层石墨烯在Si/SiO2衬底上的电子自旋共振（ESR）检测。令人惊讶的是，1.952+/-0.002的磁矩和相应的g因子对载流子类型、浓度和迁移率不敏感。
2016-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generating nanoscale and atomically-sharp p-n junctions in graphene via monolayer-vacancy-island engineering of Cu surface
在石墨烯单层膜中建立高质量的pn结对于研究无质量狄拉克费米子的许多奇异现象至关重要。然而，即使石墨烯技术的快速发展超过十年，在石墨烯中产生纳米级和原子级尖锐的pn结仍然明显困难。在这里，我们采用铜表面的单层-空位-岛工程来实现纳米级pn结与石墨烯单层原子尖锐的边界。石墨烯-Cu分离在Cu单层-空位-岛的边缘周围的变化影响石墨烯中的狄拉克点的位置，这因此导致石墨烯中具有高达660 meV的高度的原子尖锐的pn结。所产生的尖锐pn结将Cu单层-空位-岛上方的石墨烯隔离为连续石墨烯片中的纳米级石墨烯量子点（GQD）。无质量的狄拉克费米子被限制在pn结中一段有限的时间，在量子点中形成准束缚态。利用扫描隧道显微镜观察了不同尺寸GQD中准束缚态的共振现象，直观地观察了GQD的几何结构对准束缚态量子干涉图样的影响，为在原子尺度上测试基于石墨烯的量子电子光学奠定了基础。
2017-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable deep-subwavelength superscattering using graphene monolayers
在这封信中，我们首次从理论上提出石墨烯单层可以用于超散射体设计。我们发现，由于石墨烯等离子体的一阶共振激发，裸深亚波长介质柱的散射截面显著增强了6个数量级。通过调节石墨烯的化学势来利用等离子体共振的可调谐性，石墨烯超散射体在从几太赫兹到几十太赫兹的宽频率范围内工作。
2015-03-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Correlation between morphology and transport properties of quasi-free-standing monolayer graphene
研究了不同温度下氢嵌入形成的准自支撑单层石墨烯（QFMLG）的形貌，并讨论了其与输运性质的关系。通过扫描隧道显微镜在600 ° C和800°C下形成的QFMLG上观察到石墨烯-衬底界面处不完全氢嵌入对应的特征。它们作为带电杂质有助于载流子散射。在1000°C时，SiC衬底中出现空洞和石墨烯的褶皱，使载流子迁移率显著降低。
2014-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanism for graphene-based optoelectronic switches by tuning surface plasmon-polaritons in monolayer graphene
它示出，人们可以探索石墨烯的光学电导率，连同通过施加的栅极电压控制其电子密度的能力，以实现外部电磁辐射和石墨烯层中的表面等离子体激元-极化激元之间的谐振耦合。这开启了通过在全反射和全吸收的状态之间切换来电控制放置在石墨烯层顶部上的棱镜内反射的光的强度的可能性。预测的效果可用于构建基于石墨烯的光电开关。
2011-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spatial mapping of the Dirac point in monolayer and bilayer graphene
我们已经映射了狄拉克点在剥离单层和双层石墨烯使用空间分辨扫描隧道光谱（STS）测量在低温下。狄拉克点在石墨烯中的不同位置处的能量移动。然而，与地形的交叉相关显示没有相关性，表明地形特征，如波纹不是变化的主要来源。相反，我们将狄拉克点的位移归因于位于石墨烯附近的随机带电杂质。我们的研究结果强调需要推进剥离的石墨烯样品制备，以尽量减少杂质的影响。
2009-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon dispersions and vibrational properties of monolayer, bilayer, and trilayer graphene
利用密度泛函微扰理论研究了单层和少层石墨烯（AB双层、ABA和ABC三层）的声子色散。与单层相比，由于层间耦合较弱，双层和三层石墨烯的光学声子$E_{2g}$模在$Γ$处分别分裂为两个和三个双简并分支.这些模式具有不同的对称性，并且对拉曼或红外（IR）测量（或两者）表现出不同的灵敏度。发现双层石墨烯的分裂为5 cm $^{-1}$，三层石墨烯的分裂为2至5 cm $^{-1}$。层间耦合估计为约2 cm $^{-1}$。我们发现，在K的最高光学模式移动约12厘米$^{-1}$的双层和18厘米$^{-1}$的三层相对于单层石墨烯。分析了这些光学本征模的原子位移。
2009-01-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Nearly flat Chern band in periodically strained monolayer and bilayer graphene
本研究探究周期性应变下单层与双层石墨烯的平带形成条件，发现两类体系中均存在贝里曲率均匀的拓扑近平带，结合Jackiw-Rebbi模型解释单层近平带起源，证实应变石墨烯是强关联量子态的潜在平台。
2023-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spatially resolved spectroscopy of monolayer graphene on SiO2
我们对SiO $_2$上剥离的单层石墨烯进行了扫描隧道光谱测量，以探讨其电子和结构性质之间的相关性。局部态密度图的特征在于电子和空穴水坑，其产生的原因是从石墨烯和随机带电杂质中的固有波纹的长距离intravalley散射。在低能量下，我们观察到短距离谷间散射，我们归因于晶格缺陷。我们的研究结果表明，石墨烯的电子性质的影响，本征波纹，缺陷和底层的SiO $_2$衬底。
2009-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Stress Transfer in a Graphene Monolayer Nanocomposite
石墨烯是已知最坚硬的材料之一，杨氏模量为1 TPa，使其成为高性能复合材料中用作增强材料的理想候选材料。然而，作为一种单原子厚度的晶体材料，石墨烯提出了几个基本问题：（1）数十年来对碳基复合材料的研究能否应用于这种极薄的晶体材料？(2)传统上用于复合材料的连续介质力学在原子水平上是否仍然有效？(3)基质如何与石墨烯晶体相互作用，什么样的理论描述是合适的？我们已经明确地证明了应力从聚合物基质转移到单层石墨烯，表明石墨烯作为增强相。我们还使用剪切滞后理论对行为进行了建模，表明石墨烯单层纳米复合材料可以使用连续介质力学进行分析。此外，我们已经能够监测石墨烯/聚合物界面的应力传递效率和击穿。
2010-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge States at the Interface between Monolayer and Bilayer Graphene
采用Dirac方程和数值计算相结合的方法研究了锯齿形界面单双层石墨烯的电子性质。有两种类型的锯齿形接口堆栈。在费米能级处，由于边缘态的位置不同，色散和局域态密度沿界面的表现也不同。我们希望我们的研究能对理解输运和STM实验提供一些启示。
2011-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spatially resolving unconventional interface Landau quantization in a graphene monolayer-bilayer planar junction
石墨烯混合平面结构由具有不同量子霍尔（QH）状态的两个区域组成，表现出不寻常的传输特性1 -5，源于两个不同区域6界面处的手性边缘态平衡。在这里，我们提出了一个亚纳米分辨的扫描隧道显微镜（STM）和光谱（STS）研究的单双层石墨烯平面结在QH制度。原子定义良好的接口，这样的交界处，使我们能够在空间上解决接口的电子特性。在界面周围，我们检测到朗道量子化的无质量狄拉克费米子，如预期在石墨烯单层，低于电荷中性点Nc的结，而出乎意料的是，只有朗道量子化的大量狄拉克费米子，如预期在石墨烯双层，观察到以上的Nc。所观察到的非常规界面朗道量子化源于这样一个事实，即跨界面的量子电导仅由结的石墨烯单层和双层区域中的最小填充因子（边缘模式的数量）确定6，7。
2015-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ambipolar charge transport in quasi-free-standing monolayer graphene on SiC obtained by gold intercalation
我们提出了一个准独立的单层石墨烯的研究，通过在碳缓冲层（Bu-L）和硅终止面（0001）的4 H-碳化硅之间的界面处插入Au原子获得。通过在Bu-L上沉积原子级薄的Au，然后在氩气气氛中在850 °C下退火来实现Au嵌入。通过表面科学表征和顶栅电子器件中的电子输运，我们探索了Au的嵌入和Bu-L到准自支撑单层石墨烯中的去耦。通过依赖于栅极的磁输运，我们发现，Au嵌入缓冲层显示单层石墨烯的所有属性，即栅极可调双极传输跨狄拉克点，和n-或p-型掺杂取决于Au含量。
2020-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Computational Modeling of Temperature Effects in Fracture Toughness and Degradation of Penta-graphene Monolayer
具有类似于开罗五边形镶嵌的碳原子的特定且独特的2D排列的新型碳同素异形体，具有$sp^{3}$和$sp^{2}$杂化碳原子的相互作用，被称为五石墨烯（PG）。先前的理论研究表明，PG单分子膜是机械和化学稳定的，也具有大的带隙$3.25eV$。这种具有独特的碳原子网络排列（非共面五边形）的新碳同素异形体是本工作理论研究的重点。采用非平衡态分子动力学模拟方法，结合反应型现代力场ReaxFF，对高温条件下五元石墨烯单层的纳米结构、动力学和力学性质进行了计算模拟。在我们的结果中，我们获得了温度对高达$2000K$的五-石墨烯单层的机械性能的影响，其中我们的结果表明，应变速率对机械性能具有强烈的影响，其中$67$减小，$ 227.15 - 154.76GPa.nm $的极限拉伸强度（UTS）$ 35.88 - 11.83GPa.nm $和杨氏模量（$Y_{Mod}$）减小。在这项工作中，我们还计算了在温度变化的$10K$高达$2000K$的五-石墨烯单层的反应性降解。因此，我们的平均值表明，五-石墨烯单层损失原子配置与温度效应高达$600K$，其中单层显示纳米结构过渡与几个石墨烯岛，大区域的孔隙度，小的1D碳链，以及负弯曲层。
2021-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of Mismatch Strain and Substrate Surface Corrugation on Morphology of Supported Monolayer Graphene
氧化物衬底上的石墨烯单层已经被证明具有优异的电荷迁移率和热传输，用于潜在的器件应用。形貌的改变对石墨烯的输运性质有很大的影响。在本文中，我们从理论上分析了氧化物衬底上的石墨烯单层的形态稳定性，受到范德华相互作用和面内失配应变。首先，我们定义的平衡分离和界面粘附能作为两个关键参数，表征一个平坦的单层和一个平坦的基板表面之间的范德华相互作用。通过微扰分析，预测了临界压缩失配应变，超过该临界压缩失配应变，石墨烯单层经历应变诱导的不稳定性，在完全平坦的表面上形成具有增加的振幅和减小的波长的波纹。当衬底表面不完全平坦时，石墨烯的形态取决于表面反射的振幅和波长。预测从共形（波纹状）到非共形（平坦）形态的过渡。分析了衬底表面粗糙度对石墨烯平衡平均厚度和界面结合能的影响。此外，通过考虑衬底表面的应变和失配应变，人们发现，而拉伸失配应变降低石墨烯的应变幅度，波纹衬底表面促进应变诱导的不稳定性下的压缩应变。这些理论结果表明，通过表面图案化和应变工程来控制氧化物衬底上的石墨烯单层的形态的可能手段。
2010-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable electronic properties and band alignments of MoSi$_2$N$_4$/GaN and MoSi$_2$N$_4$/ZnO van der Waals heterostructures
范德华异质结构（VDWH）是一种新兴的策略，工程的二维（2D）材料系统的电子性能。最近发现的MoSi $_2$ N $_4$-一个合成的七层的二维半导体具有特殊的机械和电子性能的启发，我们调查的协同作用\ce{MoSi2N4}与宽带隙（WBG）的GaN和ZnO的二维单层使用第一性原理计算。发现MoSi $_2$ N $_4$/GaN是直接带隙的I型VDHH，而MoSi $_2$ N $_4$/ZnO是间接带隙的II型VDHH.有趣的是，通过沿面外方向施加电场或机械应变，MoSi $_2$ N $_4$/GaN和MoSi $_2$ N $_4$/ZnO的能带结构可以被显著地改变，表现出丰富的过渡行为，例如I型到II型能带对准和直接到间接带隙转变。这些发现揭示了MoSi $_2$ N $_4$基WBG VDWH作为超紧凑光电应用中具有巨大设计灵活性的可调谐混合材料的潜力。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
