Understanding the origin of band gap formation in graphene on metals: graphene on Cu/Ir(111)
理解石墨烯/金属界面相互作用的性质是石墨烯基电子和自旋传输器件的基础。在这里，我们调查石墨烯和金属衍生的电子状态之间的杂化通过研究诱导的变化通过插入的假晶单层的铜在石墨烯和Ir（111）之间，使用扫描隧道显微镜和光电子能谱学结合密度泛函理论计算。我们观察到的嵌入过程中的能带结构的修改及其伴随的变化，在界面处的电荷分布。通过能带杂化的状态选择性分析，我们能够确定它们对石墨烯的价带的贡献，从而引起能隙的打开。我们的方法揭示了负责在狄拉克点的石墨烯的电子结构的修改的机制，并允许预测其他石墨烯-金属界面的电子结构。
2014-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Layer Deposition of Metal Oxides on Pristine and Functionalized Graphene
我们研究了金属氧化物在原始石墨烯和功能化石墨烯上的原子层沉积（ALD）。在原始石墨烯上，ALD涂层只能在边缘和缺陷部位上主动生长，其中悬挂键或表面基团与ALD前体反应。这提供了一种简单的方法来装饰和探测石墨烯平面中的单个缺陷位点。我们使用二萘嵌苯四甲酸（PTCA）功能化石墨烯表面，并选择性地引入密集的表面基团在石墨烯上。在大面积上实现了在PTCA石墨烯上的均匀的CVD ALD涂层。该功能化方法可用于在未来的石墨烯电子学中集成高介电常数材料。
2008-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Graphene on metal surface: gap opening and n-doping
首次研究了在金属Cu（111）表面生长具有氮化硼（BN）缓冲层的石墨烯。我们的第一性原理计算揭示，电荷通过BN缓冲层从铜衬底转移到石墨烯，这在没有栅极电压的情况下导致n掺杂的石墨烯。更重要的是，一个0.2 eV的间隙，这是一个典型的窄隙的双金属氧化物相媲美打开仅0.5 eV以下的费米能级在狄拉克点。费米能级可以很容易地在这个间隙内移动，使石墨烯成为半导体，这对石墨烯基电子器件至关重要。石墨烯基pn结可以通过外延生长在金属表面上的石墨烯来实现。
2007-12-25 cond-mat.mtrl-sci
Tunable charge donation and spin polarization of metal adsorbates on graphene using applied electric field
石墨烯上的金属原子在电离时可充当点电荷杂质以探测具有狄拉克锥能带结构的石墨烯的电荷响应。为了理解石墨烯中金属原子诱导电荷和自旋极化的微观物理，我们提出了基于密度泛函理论计算的扫描隧道光谱（STS）模拟。我们发现，在STS中，石墨烯上的Cs原子被完全电离并具有显著的能带弯曲特征，而石墨烯上的Ba和La原子的电荷和磁性状态由于轨道杂化和库仑相互作用而显得复杂。通过施加外部电场，我们观察到石墨烯上吸附的金属的电荷捐赠和自旋磁矩的变化。
2010-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Growth of Large-Area Graphene Films from Metal-Carbon Melts
我们已经展示了一种用于大面积石墨烯生长的新方法，这可以导致可扩展的低成本高通量生产技术。该方法基于从熔融相生长单层或少层石墨烯膜。该过程包括在特定温度下将碳溶解在熔融金属中，然后在较低温度下使溶解的碳在熔体顶部成核和生长。用于金属-碳熔体的所检查的金属包括铜和镍。对于后者，成功地生长了原始单层石墨烯。对所得石墨烯层进行详细的显微镜和拉曼光谱表征。拉曼2D谱带的去卷积用于准确地确定所得石墨烯层中原子平面的数量并评估其质量。结果表明，我们的技术可以提供块状石墨薄膜，少层石墨烯以及高质量的单层石墨烯在金属上。我们的方法也可用于生产石墨烯-金属热界面材料，用于热管理应用。
2010-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Realistic large-scale modeling of Rashba and induced spin-orbit effects in graphene/high-Z-metal systems
石墨烯作为一种具有约1 $μ$ eV的小固有自旋轨道相互作用的材料，在自旋电子学中的应用有限。石墨烯在重金属表面的吸附被认为是通过Rashba效应或通过石墨烯和金属的价带态的杂化引起的自旋轨道效应来诱导石墨烯$π$ -带的强自旋分裂。对吸附在含有重元素的衬底上的石墨烯进行的自旋分辨光电子能谱学实验证明了在费米能级（$E_F$）和K点附近的100 meV量级的$π$态的“巨大”自旋分裂。然而，最近的扫描隧道光谱实验并没有证实这些发现，留下了“巨大”Rashba效应或石墨烯中诱导的自旋轨道相互作用的观察结果仍然开放。因此，详细了解这些系统中的物理特性是必不可少的。从理论方面来说，这首先需要对所研究的石墨烯/金属界面进行正确的建模。在这里，我们提出了现实的超晶胞密度泛函理论计算，包括色散相互作用和自旋轨道相互作用，为几个石墨烯/高Z金属界面。虽然正确地再现了金属表面的自旋分裂特征，它们在石墨烯吸附和石墨烯掺杂水平下的改性，但我们的研究表明，在$E_F$周围，既没有“巨大”Rashba-也没有自旋轨道诱导的石墨烯π态分裂发生。
2018-06-18 cond-mat.mtrl-sci
From graphene to graphane : A density functional investigation of metal insulator transition
虽然石墨烯是一种半金属，但最近合成的氢化石墨烯（称为石墨烷）却是一种绝缘体。本文在密度泛函理论的框架下研究了石墨烯-石墨烯体系的金属绝缘体相变。通过分析石墨烯上15种不同氢浓度的电子结构的演变趋势，我们揭示了这种转变的一些新特征。随着氢覆盖率的增加，半金属首先变成金属，然后转变为绝缘体。金属相在空间上是不均匀的，它包含由氢化碳原子形成的绝缘区域的岛和由传染性裸碳原子形成的金属通道。
2009-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strains Induced by Point Defects in Graphene on a Metal
应变强烈影响低维材料的性质，例如石墨烯。通过结合原位，在operando，反射高能电子衍射实验与第一性原理计算，我们表明，大应变，超过2%，存在于石墨烯在其生长过程中，通过化学气相沉积在Ir（111）和当它受到氧蚀刻和离子轰击。我们的研究结果揭示了外延石墨烯中点缺陷和应变之间的微观关系，并提出了石墨烯纳米结构化和工程的新途径，通过引入缺陷和石墨烯及其金属衬底之间的原子和分子的嵌入。
2013-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Making Consistent Contacts to Graphene: Effect of Architecture and Growth Induced Defects
研究了接触结构、石墨烯缺陷密度和金属-半导体功函数差对金属-石墨烯接触电阻率的影响。发现在石墨烯底部具有金属的架构产生比石墨烯顶部的金属低4倍且最一致的折射率。发现石墨烯膜中的生长缺陷进一步将电阻率降低2倍。使用方法和所用金属的组合，使用钯作为接触金属，石墨烯的接触电阻率已经降低了10倍至1200 ± 250欧姆-μ m。虽然改进的一致性是由于金属能够接触底部架构上的金属中的未污染的石墨烯，但是在具有相同金属的有缺陷的石墨烯上观察到的较低的接触电阻率归因于沟道中量子传输模式的数量增加。
2016-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Doping graphene with metal contacts
用石墨烯制造设备必然涉及与金属接触。我们利用密度泛函理论研究了石墨烯是如何通过吸附在金属衬底上进行掺杂的，发现Al、Ag、Cu、Au和Pt上的弱键在保持其独特电子结构的同时，仍然可以使费米能级相对于圆锥点移动$\sim 0.5$ eV。在平衡分离时，对于$\sim 5.4$ eV的金属功函数，发生从$p$型到$n$型掺杂的交叉，该值远大于石墨烯4.5eV的功函数.通过一个简单的分析模型很好地描述了石墨烯中费米能级位移的数值结果，该模型仅根据其功函数来表征金属，大大扩展了其适用性。
2008-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic decoupling of ferromagnetic metals through a graphene spacer
我们研究了不同的铁磁金属（FM）之间的磁耦合在石墨烯（G）层，和石墨烯作为一个薄的共价间隔的作用。从在FM衬底（Ni或Co）上生长的G开始，我们在室温下在顶部沉积不同的FM金属（Fe、Ni、Co）。通过测量3p光电子谱线的二向色效应，我们检测了室温下基底的磁化强度和FM覆盖层中交换耦合的符号。我们表明，G层磁性的FM金属。
2016-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic and DFT studies of graphene intercalation systems on metals
在金属上的石墨烯下插入不同物种是定制这些系统的电子性质的有效方法。在这里，我们提出了金属（铜）和气态（氧）样品下的Ir（111）和Ru（0001），分别石墨烯的成功嵌入，允许改变石墨烯的电荷状态，以及大幅修改其电子结构附近的费米能级。我们采用ARPES和STS光谱方法与最先进的DFT计算相结合，以说明如何在宏观和纳米尺度实验中研究石墨烯衍生态的能量色散。
2016-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit proximity effect in graphene on metallic substrates: decoration vs intercalation with metal adatoms
实验上在几种不同重金属表面上的石墨烯（G）中实现的所谓自旋轨道邻近效应为新一代自旋电子学器件的自旋轨道耦合（SOC）设计开辟了新的视角。在这里，通过对两种不同的石墨烯/金属模型G/Pt（111）和G/Au/Ni（111）进行的大规模密度泛函理论（DFT）计算，我们表明，在这些结构中，狄拉克锥（DC）的自旋轨道分裂可能通过吸附原子在石墨烯顶部（装饰）或石墨烯和金属之间（插入）而增强。虽然通过诱导强石墨烯-吸附原子相互作用的装饰抑制了G的$π$带的线性，但插层结构揭示了较弱的吸附原子介导的石墨烯/基底杂交，其保留了良好定义的但加宽的DC。值得注意的是，插入的G/Pt（111）结构表现出比无缺陷的情况大得多的分裂。
2019-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reduced work function of graphene by metal adatoms
本文研究了不同金属吸附原子和不同浓度掺杂的石墨烯的功函数。使用密度泛函理论来最大化功函数的减少。通常，功函数在达到饱和之前显著下降。例如，在Cs掺杂的情况下，功函数在2.05eV处饱和，具有适度的8%掺杂。研究了不同浓度的金属吸附原子在石墨烯上的吸附行为。计算结果表明，吸附原子更倾向于在空心位置弛豫。对于所有研究的系统，电子从金属掺杂剂到石墨烯的转移使费米能级移动到狄拉克点以上，并且掺杂的石墨烯变成金属。费米能移的值取决于金属掺杂剂的类型及其浓度。从能带结构和态密度、吸收能和电荷转移等方面对每个原子-石墨烯体系的电子结构进行了详细的分析。
2017-06-03 cond-mat.mtrl-sci
A wide band gap metal-semiconductor-metal nanostructure made entirely from graphene
生产可扩展的数字石墨烯电子产品的蓝图仍然难以捉摸。目前生产金属化石墨烯网络的方法都受到严格的光刻要求的影响，这些要求阻止了石墨烯的再现性、工艺诱导的无序或可扩展性问题。使用角分辨光电发射，我们已经发现了完全由石墨烯制成的独特的一维金属-半导体-金属结，并且在没有化学功能化或有限尺寸图案化的情况下产生。当石墨烯在SiC上生长时，在这种情况下，当石墨烯被迫在图案化的SiC台阶上生长时，通过利用固有的原子有序的衬底-石墨烯相互作用来产生结。这种可扩展的自下而上的方法使我们能够生产半导体石墨烯带，其宽度精确地定义在几个石墨烯晶格常数内，完全超出现代光刻限制的精度水平。在这项工作中展示的架构是如此强大，在平均电子能带结构的数千个这些图案化的带的变化有几十微米长的长度尺度上几乎没有变化。半导体石墨烯具有拓扑定义的几纳米宽的区域，其能隙在另外连续的金属石墨烯片中大于0.5 eV。这项工作展示了石墨烯-基底相互作用如何可以作为一种强有力的工具来可扩展地修饰石墨烯的电子结构，并开辟了石墨烯电子学研究的新方向。
2012-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanotunable monatomic metal structures at graphene edges
单原子金属（例如银）结构可以优选地在石墨烯边缘处形成。我们通过基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了它们的结构和电子性质。结果表明，金属原子之间的凝聚力，以及金属原子和石墨烯边缘之间的电子耦合提供了显着的结构稳定性的混合物。我们发现，石墨烯的出色的机械性能允许金属单原子结构通过应变的结构的可调性能。这一概念被扩展到在碳纳米管的开口端和扭曲的石墨烯带的边缘形成的金属环和螺旋。这些发现证明了石墨烯边缘作为机械可调的低维金属结构的有效一维模板的作用。
2014-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly reproducible metal/graphene contacts and stable electrical performance by UV-Ozone treatment
来自器件制造过程的抗蚀剂残留物是金属/石墨烯接触界面污染的一般和重要来源。在本文中，紫外线-臭氧（UVO）处理被证明是一种有效的方法来清洁金属/石墨烯界面。通过使用UVO处理金属/石墨烯接触区域制造的器件的电测量表明，在不影响石墨烯通道本身的电性质的情况下获得金属和石墨烯之间的稳定且高度可再现的低接触电阻。
2013-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Contact resistivity and current flow path at metal/graphene contact
金属和石墨烯之间的接触性能进行了检查。在具有不同接触面积的多探针装置上的电测量显示，电流优先进入接触金属边缘处的石墨烯。使用跨桥开尔文结构（CBK）的分析表明，从边缘导电到区域导电的过渡发生的接触长度短于转移长度的约1微米。使用CBK测量Ni的接触电阻率为~5*10-6 Ohmcm 2。简单的计算表明，对于小型化的石墨烯场效应晶体管，需要小于10-9 Ohmcm 2的接触电阻率。
2010-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Low-Contact-Resistance Graphene Devices with Nickel-Etched-Graphene Contacts
石墨烯基晶体管的性能通常受到金属-石墨烯接触两端的大电阻的限制。我们报告了一种实现石墨烯晶体管超低电阻金属接触的方法。通过在氢气中进行金属催化蚀刻的过程，在石墨烯中产生具有锯齿形边缘的多个纳米尺寸的凹坑，这些凹坑与沉积的镍金属化形成强化学键，用于源极-漏极接触，而不需要进一步退火。在电极金属化之前的这种容易的接触处理导致在单层石墨烯场效应晶体管中低至100 ohm-um的接触电阻，以及在双层石墨烯晶体管中低至11 ohm-um的接触电阻。该处理与互补金属氧化物半导体制造工艺兼容，并且在满足未来集成电路中石墨烯集成所需的接触性能方面具有很大的希望。
2013-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Graphene with Metals on Top
采用密度泛函理论，在局域密度近似下，考虑局域充电能（LDA+U），研究了金属掺杂对石墨烯电子性质的影响.电子性质对石墨烯是否掺杂碱金属或过渡金属敏感。我们根据石墨烯片的局部充电能量估计了从石墨烯顶部的单层钾的电荷转移。另一方面，由于过渡金属和碳轨道之间的杂化，用钯的非磁性层涂覆石墨烯可以导致涂覆的石墨烯中的磁性不稳定性。
2008-01-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Determination of Carrier Type Doped from Metal Contacts to Graphene by Channel-Length-Dependent Shift of Charge Neutrality Points
描述了一种用于确定从金属接触转移到石墨烯的载流子、电子或空穴的类型的方法。的狄拉克点被发现向更负（正）的电子（空穴）掺杂的栅极电压通过缩短电极间的间距。狄拉克点的移动伴随着电子-空穴电导率不对称性的增强。实验确定的载体类型可以用通过与石墨烯的相互作用而改变的金属功函数来解释。
2011-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Viable thermionic emission from graphene-covered metals
从单层石墨烯上生长的代表性的过渡金属，铱和钌的热离子发射，其特征在于低能量电子显微镜（LEEM）。功函数由发射电流的温度依赖性和发射电子的电子能谱确定。强相互作用系统石墨烯/Ru（0001）的高温功函数足够低，为3.3 \pm 0.1 eV，以具有用于空间均匀、高效和化学惰性的大面积发射器的技术潜力。较弱相互作用系统石墨烯/Ir（111）的电子功函数大于1 eV，并且在旋转30°的石墨烯取向之间变化很大（0.4 eV）。
2012-04-24 cond-mat.mtrl-sci
General approach to the understanding the electronic structure of graphene on metals
本文介绍了理解金属上石墨烯的成键机制和电子结构之间联系的一般方法。为了证明其有效性，考虑了Al（111）和Ni（111）上的“弱”和“强”键合石墨烯的两种极限情况，其中Dirac锥分别被保留或完全破坏。此外，电子结构，i。e.掺杂水平、杂化效应以及在中间体系石墨烯/Cu（111）的狄拉克点处的间隙形成在所提出的方法的框架中被充分理解。本工作总结了石墨烯/金属体系中键合强度和价带修饰之间的联系，为有效控制费米能级附近的石墨烯电子态奠定了基础。
2014-05-11 cond-mat.mtrl-sci
The density of states of graphene underneath a metal electrode and its correlation with the contact resistivity
通过对无抗蚀剂金属沉积工艺制备的金属/石墨烯/SiO2/n+-Si接触结构进行量子电容测量，估计金属下方石墨烯的态密度（DOS）。除了在狄拉克点附近之外，在Au下方的石墨烯保持线性DOS -能量关系，而在Ni下方的石墨烯的DOS在狄拉克点附近被破坏并大大增强，导致费米能量的仅轻微调制。此外，接触结构中石墨烯的DOS与使用通过无抗蚀剂工艺制造的器件测量的接触电阻率相关。
2013-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Improved topological conformity enhances heat conduction across metal contacts on transferred graphene
转移的石墨烯（trG）上的金属接触的热导率可以显着降低从原生石墨烯（grG）上的类似接触的固有值，由于增加的粗糙度，残留物，氧化物和空隙的额外电阻。在本文中，我们比较了Al/trG/Cu界面的热导率（G）与Al/grG/Cu界面的热导率，以了解转移石墨烯上金属接触的热传递。我们的样品是通过化学气相沉积（CVD）在Cu箔上生长的多晶石墨烯和CVD生长的石墨烯转移到蒸发的Cu薄膜上。我们发现，对于生长的CVD石墨烯的Al/grG/Cu界面，在室温下G = 31 MW m ^{-2} K ^{-1}，比Al/Cu界面低两个数量级。对于大多数在Cu膜上转移的石墨烯，G = 20 MW m ^{-2} K ^{-1}，比生长的CVD石墨烯低35%。我们仔细排除了残留物，原生氧化物和界面粗糙度的贡献，并将生长和转移的CVD石墨烯的热导率的差异归因于石墨烯对Cu衬底的不同程度的一致性。我们发现，50%的接触面积仅使热导率降低了35%，这表明在石墨烯界面处的空隙中发生了少量的热传递。我们通过在300 ° C下退火样品成功地改善了转移石墨烯与衬底的一致性，从而将转移石墨烯的热导率提高到本征值。从Al/trG/Cu和Al/grG/Cu界面的G的温度依赖性测量，我们还证实了声子是金属/石墨烯/金属界面上的主要热载体，尽管石墨烯中诱导的载流子浓度为3 × 10 ^{12} cm ^{-2}。
2015-11-26 cond-mat.mtrl-sci
A physics based model of gate tunable metal-graphene contact resistance benchmarked against experimental data
金属-石墨烯接触电阻是实现可行的基于石墨烯的电子器件的技术瓶颈。我们报告了一个有用的模型，以找到该电阻的栅极可调组件，该电阻由下面的3D金属和2D石墨烯之间的载流子的顺序隧穿确定，然后由Klein隧穿到沟道中的石墨烯。该模型量化了控制电阻的内在因素，包括非故意化学掺杂的影响。我们的结果与几种金属的实验结果一致。
2015-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultra-Clean Freestanding Graphene by Platinum-Metal Catalysis
虽然独立的清洁石墨烯对于各种应用是必不可少的，但是在将石墨烯转移到期望的衬底之后用于去除聚合物层的现有技术仍然留下显著的污染物。我们发现了一种利用铂金属的催化性能制备超清洁独立石墨烯的方法。聚合物残留物的完全催化去除需要在175至350°C的温度下在空气中退火。低能电子全息研究证明，这种方法的结果在超干净的独立石墨烯。
2012-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Local deformations and incommensurability of high quality epitaxial graphene on a weakly interacting transition metal
我们研究了铱上石墨烯的精细结构，这是石墨烯与过渡金属基底弱相互作用的模型。即使是最高质量的外延石墨烯也会显示出微小的缺陷，即小的双轴应变，约为100%。0.3%，旋转，约。0.5^{ \circ }，剪切距离约为100 nm，并发现不相称，所揭示的X射线衍射和扫描隧道显微镜。这些结构变化主要是由当将样品从石墨烯制备温度冷却到测量温度时晶格参数失配的增加引起的。尽管石墨烯与铱的相互作用较弱，但发现其热膨胀为正，这与独立式石墨烯相反。石墨烯的结构及其变化对制备条件非常敏感。所有这些效应都与石墨烯的初始生长和随后的分步钉扎一致。
2012-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Conversion of multilayer graphene into continuous ultrathin sp3-bonded carbon films on metal surfaces
通过第一性原理计算表明，多层石墨烯在金属表面上转化为sp^3键合的碳膜（通过氢化或氢化顶部石墨烯层的外表面）。这种转换的主要驱动力是碳的sp^3轨道和金属表面的dz^2轨道之间的杂化。碳层中的诱导电子能隙态被限制在金属表面的0.5 nm内的区域中。转化是否发生取决于氢化（氟化）C原子的分数和堆叠的石墨烯层的数量。在对反磁性金属上sp^3碳膜的Eliashberg光谱函数的分析中，金属-sp^3碳的强共价键诱导了软声子模，而软声子模主要促成了大的电子-声子耦合，这表明声子介导的超导性是可能的。我们的研究结果为在金属表面上实现大面积碳膜的实验提供了一条途径。
2013-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Insulator to semi-metal transition in graphene oxide
描述了渐进还原的氧化石墨烯（GO）的输运性质。电子性质的演变表明，合成的GO经历绝缘体-半导体-半金属的转变与还原。表观输运能隙范围为10 ~ 50 meV，随着能量的减小，能隙趋于零.在不同程度的减少的测量表明，减少GO的运输发生通过可变范围的跳跃和进一步减少导致可用的跳频站点的数量增加。
2009-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Graphene Layer Morphology as an Indicator of the Metals Alloy Formation at the Interface
石墨烯-金属界面中不同物质的插层被广泛用于稳定不同材料的人工相。然而，在客体金属插入上形成表面合金仍然是一个悬而未决的问题，这对于制造具有所需性能的石墨烯基界面非常重要。在这里，广泛研究的界面的石墨烯与Ru（0001）和Ir（111）进行了修改，使用插入薄Mn层，并通过扫描隧道显微镜（STM）伴随着密度泛函理论（DFT）计算，再现了观察到的实验数据进行了研究。发现Mn在Ru（0001）上形成了一个假晶层，并位于强烈弯曲的石墨烯层之下。在石墨烯/Ir（111）中的Mn嵌入的情况下，在平坦石墨烯层下方的第一Ir层下方形成MnIr合金的掩埋薄层。这种意想不到的观察解释的基础上的Mn-Ru和Mn-Ir系统的相图图片，以及通过比较计算的总能量为各自的接口。我们的研究结果揭示了石墨烯-金属界面处合金形成机制的理解，并展示了其为未来石墨烯应用制备定制界面的潜力。
2021-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Graphene physics and insulator-metal transition in compressed hydrogen
压缩的氢气穿过一系列的分层结构，其中这些层可以被视为扭曲的石墨烯片。这些层状结构的电子结构可以通过研究简单的模型系统来理解-一个理想的单氢石墨烯片和由这种片组成的三维模型晶格。能量稳定的结构由模型石墨烯基系统的结构畸变引起，所述结构畸变归因于朝向Peierls的电子不稳定性或与带隙的打开相关联的其他畸变。两个因素在压缩氢的金属化中起关键作用：（i）由于拓扑结构导致的六方或石墨烯类层中的导带和价带的交叉，以及（ii）具有$2p_z$ $π$特征的键合态的形成。
2013-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Density-functional studies of spin-orbit splitting in graphene on metals
基于密度泛函理论研究了Ni、Au和Ag（111）衬底上石墨烯的自旋轨道分裂。在三种金属上生长的石墨烯被发现具有几个或几十个meV的Rashba分裂。在Au或Ag衬底上获得的强分裂主要归因于石墨烯$p_{z}$态与Au或Ag $d_{z^{2}}$态的有效杂化，而不是如先前提出的电荷转移。我们的工作为石墨烯中金属诱导的Rashba效应提供了理论上的理解。
2010-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imprint of transition metal d-orbitals on graphene Dirac cone
我们研究了SiO2、Au、Ag、Cu和Pt衬底对石墨烯拉曼光谱的影响。实验揭示了与悬浮石墨烯相比，铂上石墨烯的拉曼信号的强度、位置、宽度和形状的特别强的修改。改性强烈依赖于石墨烯和铂晶格的相对取向。这些观测结果进行了理论研究，并表明起源于石墨烯和铂的d-轨道的电子态的杂化。预计，通常情况下，石墨烯与任何具有费米能级附近d轨道的材料之间的杂交将导致石墨烯狄拉克锥上的印记，这敏感地取决于相应晶格的相对取向。
2013-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Organometallic Complexes of Graphene and Carbon Nanotubes: Introducing New Perspectives in Atomtronics, Spintronics, High Mobility Graphene Electronics and Energy Conversion Catalysis
在这里，我们提出了一个概述最近的基础研究的性质之间的相互作用的单个金属原子和金属簇和共轭表面的石墨烯和碳纳米管，特别关注的电子结构和化学键在金属-石墨烯界面。我们讨论了石墨材料的有机金属配合物的相关性，这些相互作用和它们在原子电子学中的应用，如原子互连，高迁移率的有机金属晶体管器件，高频电子器件，有机金属催化（氢燃料产生的光催化水分解，燃料电池，氢化），自旋电子学，存储器设备和下一代能源设备的基本理解的发展。我们触及在金属上生长的CVD石墨烯，其表面的反应性，以及其作为不对称石墨烯功能化化学（双Janus圆盘）的模板的用途。我们强调了一些最新的进展，在理解金属和石墨烯表面之间的相互作用的性质，从金属覆盖层沉积在石墨烯和单壁碳纳米管薄膜的角度来看。最后，我们评论了该领域面临的主要挑战和技术应用的机遇。
2014-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Different Synthesis Routes of Graphene-Based Metal Nanocomposites
纳米复合材料被证明是最好的候选人，以满足今天的技术需要，迷人的性能可以通过结合两个或两个以上的纳米材料。在众多的纳米材料中，石墨烯以其新颖的结构和独特的特性脱颖而出。特别地，石墨烯金属纳米复合材料因其在包括电子和电气以及能源相关领域的各种领域中的潜在用途而吸引了巨大的兴趣。然而，为了最大限度地利用石墨烯的潜力，它必须均匀地嵌入金属基质中。因此，合适的合成路线是获得具有所需性能的石墨烯金属纳米复合材料的决定性因素。本章将总结高质量石墨烯金属纳米复合材料的不同合成路线以及它们的最新进展。
2019-11-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High Crystallinity and Decoupling of Graphene on a Metal: Reduced Coulomb Screening and Tunable pn-Junctions
高质量的外延石墨烯膜可以被用作用于定制石墨烯-衬底界面的模板，其允许通过掺杂和多体效应精确控制石墨烯中的载流子行为。通过结合扫描隧道显微镜、角分辨光电子能谱和密度泛函理论，我们证明了Ir（111）上的氧插层外延石墨烯具有高的结构质量，是准独立的，并显示出多体相互作用的特征。使用这个系统作为模板，我们表明，可调PN结可以通过吸附和插入的铷图案化，并通过增强的电子-等离子体激元耦合的n-掺杂的石墨烯区域表现出减少库仑屏蔽。这些发现对于理解和定制石墨烯-金属接触的性质（例如，用于实现量子隧穿器件）至关重要。
2014-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Graphene Lattices with Embedded Transition-Metal Atoms and Tunable Magnetic Anisotropy Energy: Implications for Spintronic Devices
在石墨烯晶格中掺杂过渡金属原子以获得高的磁各向异性能（MAE）是材料研究的重要目标，这是由于其在自旋电子学中的潜在应用。本文利用自旋极化密度泛函理论（densityfunctionaltheory，DFC），结合自旋轨道耦合，研究了含空位缺陷的石墨烯（nitrogen-doped graphene）的磁性，包括裸石墨烯和氮修饰石墨烯，以及Cr，Mn和Fe过渡金属单原子（TM-SA）和两种不同的TM原子同时掺杂石墨烯的磁性。[...]计算结果的补充原子分辨率表征的附带Mn杂质键合到四个碳原子，其本地化的自旋匹配预期使用芯级电子能量损失谱测量。具有强磁性的导电TM掺杂石墨烯为石墨烯基自旋电子器件的设计提供了前景。
2022-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Carrier density modulation in graphene underneath Ni electrode
我们研究了金属下石墨烯的输运性质，以揭示石墨烯场效应晶体管中源/漏电极下石墨烯中的载流子密度是否是固定的。石墨烯/Ni双层结构的电阻已经显示出类似石墨烯的背栅偏压依赖性。换句话说，石墨烯的电性能不会受到其与Ni接触的显著影响。这种意外的结果可以归因于金属/石墨烯界面处的抗蚀剂残留物，这可以减少石墨烯和金属之间的相互作用。在使用具有有机抗蚀剂的常规光刻技术制造的背栅器件中，当讨论金属/石墨烯接触时，应当考虑金属电极下方的石墨烯中的载流子密度调制。
2013-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metal adatoms on graphene and hexagonal boron nitride: Towards the rational design of self-assembly templates
金属衬底上周期性波纹状外延石墨烯和六方氮化硼（h-BN）被认为是纳米颗粒阵列自组装的前景模板。通过第一性原理计算，我们确定了金属原子在石墨烯和六方氮化硼表面的结合能和扩散激活势垒。所观察到的化学趋势可以理解的电荷转移和共价键之间的相互作用，涉及吸附原子d电子。我们进一步研究了金属基底的电子效应，发现基于石墨烯的周期性波纹模板与金属/石墨烯界面处的强相互作用相结合最适合于高度规则的纳米颗粒阵列的自组装。
2010-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable hybridization of electronic states of graphene and a metal surface
我们提出了一种方法来监测和控制石墨烯和金属表面的电子态之间的杂化强度。通过角分辨光电发射检查在Ni（111）上合成的高质量石墨烯层中的$π$带的分布，我们观察到一个新的“扭结”特征，其分别指示石墨烯和镍的$π$和\textit{d}状态之间的强杂化。在钾原子沉积并逐渐嵌入石墨烯/Ni（111）界面中时，“扭结”特征变得不太明显，指向钾介导的石墨烯与衬底之间的相互作用的衰减。
2008-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tunable metal-insulator transitions in bilayer graphene by thermal annealing
在高真空条件下，在400 K热退火后，在双层石墨烯中观察到可调谐的和高度可重复的金属-绝缘体转变。在退火之前，样品在研究的整个温度范围内都是金属的。在退火时，导电性从金属变为绝缘体，并且转变温度是退火时间的函数。原始金属状态可以通过暴露于空气中恢复，从而通过吸收水蒸气引起电子特性的变化，这使得石墨烯成为传感器应用的技术上有前途的材料。
2012-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning electronic heat transport in graphene/metal heterostructures with ultralow thermal conductivity
现有的超低热导率材料由于材料中有限的电子传输而不适用于热电应用。在这里，我们提出了一类新的超低热导率材料与大量的电子热传输。我们的样品是通过热蒸发或射频磁控溅射沉积的转移石墨烯和金属钯膜（Pd，Au和Ni）的石墨烯/金属异质结构。对于蒸发的样品，我们实现了0.06 W m-1 K-1的超低热导率，声子作为主要的热载体。超低的热导率是由于石墨烯和金属中声子能量的巨大差异。有趣的是，对于溅射样品，我们发现，约50%的热量是由电子携带的，即使热导率约为0.1 W m-1 K-1。我们将电子贡献归因于电子在石墨烯中穿过原子级针孔的传输。这种具有超低导热系数和电子输运特性的新材料有望在热电领域得到应用。
2018-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Conductivity in Metal-Graphene Composites: The Role of Disordered Carbon Structures, Defects, and Impurities
本文利用从头算方法研究铝-碳复合材料中非晶石墨烯界面的电子输运，发现氮杂质影响导电性，并通过空间投影揭示传导机制。
2023-11-29 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
Kinetics of atomic ordering in metal-doped graphene
考虑了基于石墨烯型晶格的可能的稳定有序的替代结构。建立了一个金属掺杂石墨烯（1/8，1/4，1/2）和非化学计量组成的原子有序化动力学模型。由于基于石墨烯的晶格的子晶格内和子晶格间的“交换”（“混合”）能量是竞争性不同的，因此对于由两个或三个LRO参数描述的结构，长程序（LRO）参数的动力学曲线可能是非单调的。
2014-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of Stone-Wales Defects in Metal-supported Graphene
School of Physics and Applied Physics, Southern Illinois University Carbondale（南伊利诺伊大学卡本代尔分校物理与应用物理学院）；E. S. Witchger School of Engineering, Marian University（玛丽安大学E.S.维奇特工程学院）；School of Mechanical Engineering, Southern Illinois University Carbondale（南伊利诺伊大学卡本代尔分校机械工程学院）
研究金属支撑石墨烯中斯通-威尔士缺陷稳定性，通过第一性原理密度泛函理论计算能量参数，发现其在金属支撑石墨烯上形成更有利，金属衬底影响形成能和活化能，虽恢复能降低但仍可能使缺陷稳定。
2026-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Structural manipulation of the graphene/metal-interface with Ar+ irradiation
受控缺陷的产生是详细研究材料中无序效应的先决条件。在这里，我们用低能Ar+照射石墨烯/Ir（111）-界面来研究诱导的结构变化。结合计算机模拟和扫描探针显微镜，我们表明，所产生的无序主要体现在形式的插入金属吸附原子和空位型缺陷的石墨烯。在较高的辐照能量（从1 keV以上）下，一个突出的特征是形成线状凹陷，它由界面内离子通道产生的连续石墨烯缺陷组成-就像石头在水面上跳跃一样。较低的能量导致更简单的缺陷，低至100 eV，其中每三个缺陷中有一个以上是石墨烯单空位。
2013-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Ultrasensitive acoustic graphene plasmons in a graphene-transition metal dichalcogenide heterostructure: strong plasmon-phonon coupling and wavelength sensitivity enhanced by a metal screen
针对实际异质结构中屏蔽石墨烯等离激元-声子极化激元耦合强度增强难的问题，本研究用量子静电异质结构模型证明金属衬底可增强其耦合强度与波长灵敏度，实现单层分辨率的异质结构探测。
2024-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metal adsorption and nucleation on free-standing graphene by low-energy electron point source microscopy (graphene intercalation)
金属与碳材料，特别是与石墨烯的相互作用对于各种技术应用是重要的。特别地，碱金属的插层被认为提供了用于调节石墨烯的电子性质以用于器件应用的手段。虽然可以很容易地研究这种嵌入事件的宏观效应，但在原子尺度上详细地并在明确定义的实验条件下跟踪相关过程构成了挑战。在这里，我们原位研究的吸附和成核的碱金属K，Cs和Li的独立石墨烯通过低能电子点源显微镜。我们发现，碱金属很容易插层之间的双层石墨烯。事实上，K和Cs的平衡分布有利于在双层之间比在单层石墨烯上高得多的颗粒密度。我们得到了这两个域之间的结合自由能的差异的定量值。我们的研究是完成了一个控制实验引入Pd作为代表的非碱金属。现在，我们在单层和双层石墨烯上观察到相等程度的团簇形成，但是没有插层。因此，我们的调查构成了第一次原位研究的金属原子吸附的不同特异性的独立石墨烯。
2023-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Theoretical description of X-ray absorption spectroscopy of the graphene-metal interfaces
本论文考虑了近边X射线吸收光谱（NEXAFS）方法在石墨烯基体系（从自支撑石墨烯到类金属插层体系）研究中的应用。所选系统的NEXAFS光谱计算的框架内的方法，其中包括动态芯孔屏蔽的影响。从系统到系统的光谱变化进行了分析与相应的能带结构计算的帮助下。所得结果与实验数据进行了比较，证明理论与实验之间的良好协议。石墨烯与金属基底相互作用的强度与C-K NEXAFS光谱中π* 和σ* 特征的形状和强度之间存在直接相关性，可以作为描述石墨烯/金属界面相互作用的指纹。
2013-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Will Zigzag Graphene Nanoribbon Turn to Half Metal under Electric Field?
在B3LYP水平上，我们预测了锯齿形边缘石墨烯纳米带（ZGNR）在外加电场作用下可以实现半金属化。半金属化的临界电场随带宽的增加而减小。当边缘态电子在很强的电场作用下从一侧完全转移到另一侧时，自旋极化和半金属性都被消除。ZGNR保持半金属状态的电场范围随带宽的增加而增加。我们的研究显示了丰富的场致自旋极化行为，这可能会导致一些重要的应用在空间电子学。
2007-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Contact Resistance Study of Various Metal Electrodes with CVD Graphene
在这项研究中，各种金属的化学气相沉积（CVD）单层石墨烯的接触电阻进行了研究。转移长度法（TLM）的结构与不同的宽度和接触之间的分离已经制造和电特性在环境空气和真空条件。电触点由五种金属制成：金、镍、镍/金、钯和铂/金。石墨烯和金之间的接触电阻观察到92 Ωμm的最低值，在施加的背栅偏压为-40 V时从背栅器件中提取。与在环境条件下进行的测量相比，在真空下进行的测量显示出更大的接触电阻值。在氩气-95%/氢气-5%气氛中在450°C下处理退火1小时导致降低接触电阻值，这归因于金属与石墨烯之间的粘附力的增强。在这项工作中提出的结果提供了一个概述潜在的接触工程的高性能石墨烯为基础的电子器件。
2022-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Paramagnetic adsorbates on graphene: a charge transfer analysis
我们介绍了一种改进的Hirshfeld电荷分析方法，并通过计算顺磁分子NO2和石墨烯之间的电荷转移来证明其准确性。用从头算方法计算的顺磁性分子和石墨烯层之间的电荷转移可以关键地取决于计算中使用的超晶胞的大小。这对于涉及顺磁性分子如物理吸附在石墨烯或碳纳米管上的NO2的吸附研究具有重要的影响。
2008-06-03 cond-mat.mtrl-sci
