Aluminene as Highly Hole Doped Graphene
纯粹由一种原子组成的单层结构是令人着迷的。包括碳、硅、锗、锡、磷和砷在内的许多种类的蜂窝系统已被证明是稳定的。然而，到目前为止，结构仅限于IV和V族元素。本文采用基于密度泛函理论的电子结构计算方法，系统地研究了四种不同几何构型（平面构型、屈曲构型、褶皱构型和三角构型）的铝单层结构的稳定性.结合能和声子色散的研究结果表明，只有铝构成的平面蜂窝结构才是稳定的。根据标准命名惯例，我们称之为“铝烯”。它是金属。电子能带结构的结果表明，它可以被视为一个高度空穴掺杂的石墨烯。我们还利用紧束缚模型和狄拉克理论讨论了铝烯的电子性质。
2015-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Competing scanning tunneling microscope tip-interlayer interactions for twisted multilayer graphene on the a-plane SiC surface
首次获得了在n+6 H-SiC a面非极性表面上生长的单层和扭曲多层外延石墨烯态的扫描隧道显微镜（STM）图像。通过将来自双层石墨烯的棒和球模型的莫尔图案与实验获得的图像进行比较，确定扭曲的石墨烯在顶部两层之间具有5.4°的旋转角。此外，实验莫尔图案显示动态行为，连续洗牌之间的两个稳定的表面安排一个键长分开。莫尔条纹的位移超过1 nm，便于STM观察。这种动态行为的解释归因于STM针尖和石墨烯样品之间的静电相互作用。
2015-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
sd2 Graphene: Kagome Band in Hexagonal lattice
石墨烯由sp2杂化碳制成，其特征在于具有代表其底层2D六方晶格的狄拉克带。对石墨烯的基本理解最近激发了在固态材料中寻找2D拓扑量子相的热潮。在这里，我们提出了一种新形式的二维材料，由六方晶格中的sd 2杂化过渡金属原子组成，称为sd 2石墨烯。sd 2石墨烯的特征在于具有键心电子跳跃，其将表观的原子六方晶格转变为可呈现宽范围的拓扑量子相的可果美晶格物理。基于第一性原理计算，在室温下，对W晶格进行了量子反常霍尔态的研究，发现W晶格的能隙为0.1 eV，该晶格可以外延生长在1/3单层Cl覆盖的Si（111）半导体表面上，具有很高的热力学和动力学稳定性.
2014-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanopore creation in graphene at the nanoscale for water desalination
本文提出利用氩等离子磁控溅射在石墨烯中可控创建纳米孔，并设计了一种带纳米孔的双石墨烯电极水过滤装置，实现了最高渗透率、近100%盐截留率及力学性能提升，对开发海水淡化膜意义重大。
2023-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Decoupling Graphene from SiC(0001) via Oxidation
当在SiC（0001）上形成外延石墨烯层时，第一碳层（称为“缓冲层”）虽然相对容易合成，但不具有石墨烯的期望的电性质。导电性差是由于通过共价键合到SiC衬底的石墨烯π带的破坏。在这里，我们表明，它是可能的恢复石墨烯π带通过使用低温，CMOS兼容的过程中，不损坏石墨烯层的缓冲层和SiC衬底之间插入一个薄的氧化物层。
2010-03-30 cond-mat.mtrl-sci
$π$-junction qubit in monolayer graphene
我们建议将石墨烯的优点，如易调谐性和长相干时间，与约瑟夫森物理相结合来制造量子比特。如果这些量子位围绕0和$π$结构建，则它们可以由外部通量控制。或者，d波约瑟夫森结本身可以通过栅极电压进行调谐，以在宏观简并态之间产生叠加。我们表明，铁磁体是不需要实现$π$结在石墨烯，从而大大简化了其物理实现。我们演示了如何一个量子比特门，如任意相位旋转和交换门，可以实现。
2009-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
High Concentration Few-layer Graphene Sheets Obtained by Liquid Phase Exfoliation of Graphite in Ionic Liquid
在本工作中，使用商业离子液体作为一种方便的溶剂介质，石墨剥离在温和和容易的条件下，没有任何化学改性。为了证实存在少层石墨烯，通过拉曼光谱、原子力显微镜和场发射电子显微镜表征其分散性。根据UV-Vis表征，获得了高达2.543 mg/ml的石墨烯浓度，这是迄今为止在任何溶剂中报道的最高值。
2010-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Water-based and Inkjet Printable Inks made by Electrochemically Exfoliated Graphene
可喷墨印刷的石墨烯油墨对于柔性和可折叠电子产品（例如可穿戴电子产品和物联网）中的应用非常有吸引力。然而，油墨制备仍然非常耗时，因为高浓度只能通过延长的超声处理（>24小时）或昂贵的设置来实现。在这里，我们展示了一种由电化学剥离的石墨烯制成的水基喷墨印刷油墨。使用两个连续步骤在小于5小时内配制浓度为~ 2.25mg mL-1的可印刷且稳定（> 1个月）的油墨：首先剥离和分散大的石墨烯薄片（> 5 μ m），然后进行1小时尖端超声处理以将薄片尺寸减小到1 μ m以下，如通过喷嘴喷射的材料所需。所配制的油墨含有超过75%的单层和少层（即厚度小于2nm）石墨烯薄片，其平均横向尺寸为740 nm。热退火允许实现高C/O比（>10），这转化为迄今为止对于溶液处理的石墨烯报道的最高电导率（~3.91 X IO 4S m-1）之一，而不使用任何苛刻的化学处理。
2019-04-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Micrometer-scale ballistic transport in encapsulated graphene at room temperature
由封装在六方氮化硼中的石墨烯制成的器件表现出显著的负弯曲电阻和异常霍尔效应，这是对于宽范围的载流子浓度在微米尺度上的室温弹道输运的直接结果。封装使得石墨烯实际上不受环境气氛的影响，同时允许使用氮化硼作为顶部栅极电介质。
2011-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spaser and Optical Amplification Conditions in Graphene-Coated Active Wires
本工作分析了局域表面等离子体激元（LSP）spaser的光学特性的电介质有源线涂有石墨烯单层。我们的理论结果，通过使用严格的电磁方法，说明非辐射转移之间的活性介质和局域表面等离子体的石墨烯。特别是，我们专注于在两种情况下的激光条件和LSP spaser的可调谐性：当导线是由红外/太赫兹透明的电介质材料制成时，当它是由金属类材料制成。我们分析的结果进行比较，我们使用准静态近似得到的解析表达式。我们表明，所研究的系统提出了一个高的spaser共振的几何参数，以及与石墨烯的化学势的可调谐性。
2021-03-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Van der Waals interactions in DFT made easy by Wannier functions
原子和分子之间普遍存在的范德华相互作用对于许多分子和固体结构是重要的。这些系统通常使用密度泛函理论（DFT）从第一原理进行研究。然而，通常使用的DFT泛函不能捕捉范德瓦尔斯效应的本质。已经提出了许多尝试来纠正这个问题，这是不完全令人满意的，因为它们要么是非常复杂和计算昂贵的或有一个基本的半经验的字符。我们在这里描述了一种新的方法，基于使用的最大局部化的Wannier函数，这似乎是有前途的，是简单的，高效的，准确的，和可转移的（电荷极化效应自然包括在内）。测试应用的结果。
2007-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Self-Organized Graphene/Graphite Structures Obtained Directly on Paper
我们实验研究了石墨层的性质，通过一种简单的和非常规的方法，反复摩擦传统的随机堆叠的石墨块对绝缘和半导体衬底。由擦除层和转移层组成的图案化结构表现出固态材料的特性，其载流子迁移率的全厚度各向异性在表面达到~10^3 cm^2/V*sec。该结构的表面表现出由摩擦引起的自组织过程形成的更加有序且光学取向的单层或多层石墨烯的质量。增强的光电导性源于由4个石墨烯层之间的相互作用引起的连续和线性价带和导带的改性，使得在976 nm的近红外激发波长处获得拉曼光谱成为可能。
2014-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional hybrid composites of SnS2 with graphene and graphene oxide for improving sodium storage: A first-principles study
在钠离子电池（SIB）电极材料的最新研究成果中，二维材料的杂化是最令人感兴趣的内容之一。在这项工作中，我们建议使用二维杂化复合材料的SnS 2与石墨烯或氧化石墨烯（GO）层作为SIB阳极，基于其原子结构，钠嵌入能量和电子性质的第一性原理计算。计算结果表明，石墨烯或GO薄膜不仅可以有效地支持与SnS 2层形成稳定的异质界面，而且可以有效地支持钠原子的嵌入，并具有低的迁移能和可接受的低体积变化。电子电荷密度差和局域态密度表明电子从石墨烯或GO层转移到SnS 2层，促进异质界面的形成并改善半导体SnS 2层的电子电导。这些二维混合复合材料的SnS 2/G或GO的结论是更有前途的候选人SIB阳极相比，单独的单层。
2018-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Growth of large area graphene from sputtered films
使用工业规模的薄膜沉积工具大规模生产石墨烯的技术可能是实际实现这种材料的广泛技术应用的关键。在这里，我们展示了在650至1000 oC的温度范围内使用原位或非原位快速热处理从溅射膜（含碳层和金属层）生长大面积多晶石墨烯。发现石墨烯总是生长在堆叠的顶表面上，与Ni或Ni-硅化物紧密接触。在优化的条件下获得了高质量剥离单层石墨烯的典型拉曼光谱。发现快速冷却速率对于单层石墨烯的形成是必不可少的。在SiC顶部具有Ni的样品产生具有~40%表面积覆盖率的最佳单层石墨烯光谱，而在SiC下方具有Ni的样品产生质量较差的石墨烯，但覆盖率为99%。溅射工艺的灵活性允许进一步优化生长，并有可能在真空中将石墨烯转移到任何绝缘体衬底上。我们提出了一种生产绝缘体上石墨烯晶片的潜在途径，这将有助于将石墨烯轻松集成到现代半导体器件工艺流程中。
2013-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Industrial manufacturing and characterization of multiscale CFRP laminates made from prepregs containing graphene-related materials
在碳纤维增强聚合物（CFRP）中引入石墨烯相关材料（GRM）已被证明可以提高其机械和电气性能。然而，仍然缺乏以工业规模和有效方式生产三相材料（多尺度复合材料）的方法。在本文中，多尺度的CFRP复合材料含有不同的GRM已制造的标准程序，目前在航空航天工业中使用的目的是评估其潜在的应用。将石墨纳米片晶（GNP）、原位剥离的氧化石墨烯（GO）和还原的氧化石墨烯（rGO）分散到环氧树脂中，以随后包覆航空级碳纤维带。所得到的玻璃坯已经用于通过手工铺叠和在180 °C下高压釜固化来制造层压材料。国外已经开展了表征活动，以了解不同的多尺度层压板制造的行为。固化度，玻璃化转变温度和降解温度已通过热演化技术进行了评估。同样，他们的机械性能（拉伸，弯曲，面内剪切，层间剪切和模式I层间断裂韧性）进行了分析，连同他们的导电性。该工艺过程适合于生产三相层压板，其质量与传统CFRP一样好。GO和rGO的加入提高了复合材料的面内剪切性能和抗分层性能，而GNP的加入提高了复合材料的导电性能。
2020-07-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The Haber Process Made Efficient by Hydroxylated Graphene
Haber-Bosch工艺是由双原子氮和氢生产氨的主要工业方法。它对能量要求很高，使用铁催化剂，需要高温和高压。哈伯法的任何改进都将产生极大的科学和经济影响。我们报告了使用羟基化石墨烯的氨产量的显着增加。利用N2/H2和NH3之间的极性差异，以及NH3的普遍质子受体行为，我们证明了哈伯-博世过程的平衡向氨的强烈转变。羟基化石墨烯提供了有利于正向反应的极性环境，并且在所研究的热力学条件下保持稳定。约50 kJ mol ~（-1）焓增益和ca.在298-1300 K和1-1000 bar下获得60-70 kJ mol-1自由能增益，强烈地使反应平衡向产物移动。使用电子结构计算和实时反应模拟给出了一个清晰的微观解释所观察到的现象。所证明的原理可以应用于许多极性基团，使具有高表面积的基材官能化，条件是该体系对H2、N2和NH3是化学惰性的。改进的Haber-Bosch方法对化学工业具有重要意义，因为它在降低温度和压力的同时显著提高了反应产率，从而降低了成本。
2016-03-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Cluster expansion made easy with Bayesian compressive sensing
簇扩展（CE）构建中的长期挑战包括选择如何截断扩展以及使用哪些晶体结构进行训练。压缩传感（CS），这是新兴的物理模型构建的一个强大的工具，提供了一个数学上严格的框架来解决这些挑战。最近开发的贝叶斯实现CS（BCS）提供了一个无参数的框架，一个巨大的速度超过目前的CE建设技术，和模型系数的误差估计。在这里，我们展示了使用BCS来建立几个二元合金系统的团簇膨胀模型。该方法的速度和所得到的拟合的准确性被证明是远远优于所有合金系统的最先进的进化方法。当与高通量第一性原理框架相结合时，BCS的含义是可以自动构建数百个晶格模型，为合金的高通量热力学建模铺平了道路。
2013-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Suspended Monolayer Graphene under True Uniaxial Deformation
2D晶体，如石墨烯，表现出任何其他已知的人造或天然材料的更高强度和刚度。到目前为止，这一论断主要是基于建模预测和结合相关建模的弯曲实验。悬浮石墨烯的真正单轴加载不容易实现;然而，这样的实验对于评估石墨烯的固有性质而不受底层衬底的影响是至关重要的。在这项工作中，我们报告了石墨烯的单轴拉伸到0.8%左右的中等应变。这是通过将石墨烯薄片夹在两个聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）层之间，并通过用电子束光刻去除一部分PMMA来悬挂其中心部分而实现的。真正的单轴变形证实了由拉曼光谱测量的大声子位移与应变和横向屈曲的指示（类似于在张力下观察到的宏观薄膜）。最后，我们还报告了如何通过粘合剂夹具将应力转移到悬挂的试样上，并确定了在这样一个系统中有效轴向加载所需的界面剪应力值。
2016-07-19 cond-mat.mtrl-sci
A light-weight and high thermal performance graphene heat pipe
热管是电子和电力系统中最有效的散热工具之一。目前，热管通常由铜、铝或不锈钢制成。热管由于其相对较高的密度和有限的传热能力，在电力电子和功率模块中面临着迫切的挑战。在本文中，我们报告了一类新的石墨烯增强热管，可以应对这些问题。石墨烯增强热管由高导热率石墨烯组装膜和具有纳米结构增强内表面的石墨烯层压铜膜制成。研究表明，显着提高的散热能力，6100 W m-2 K-1 g-1，约3倍高于铜基商业热管可以实现。这为在轻质和大容量冷却应用中使用石墨烯增强热管铺平了道路，如航空电子设备，汽车电子设备，笔记本电脑，手机和空间电子设备等许多系统所需。
2020-02-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Plasmon modes of double-layer graphene at finite temperature
我们计算了掺杂双层石墨烯（DLG）的动态介电函数，DLG由两个载流子密度分别为n1，n2，层间间距为d的平行石墨烯单层构成.结果被用来寻找等离子体激元模式的色散和损失函数的DLG几个层间分离和层密度。我们表明，在n2 =0的情况下，温度等离子体激元模式是显着不同的零温度。
2011-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Determination of the Number of Graphene Layers: Discrete Distribution of the Secondary Electron Intensity Derived from Individual Graphene Layers
使用扫描电子显微镜，我们观察到一个可再现的，离散的分布次级电子强度源于原子级厚的石墨烯膜上的厚绝缘基板。离散分布使得可以唯一地将次级电子强度与石墨烯层的数量相关联。此外，我们发现石墨烯的相对次级电子强度与层数之间存在明显的线性关系，前提是使用低的初级电子加速电压。基于这些观察结果，我们提出了一种实用的方法来确定样品中石墨烯层的数量。该方法优于传统的光学方法，其能够表征各种绝缘衬底上的亚微米正方形面积的石墨烯样品。
2010-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Highly Conducting Graphene Sheets and Langmuir-Blodgett Films
石墨烯是一种有趣的材料，其性质与其他石墨系统不同。通过剥离和外延生长获得原始石墨烯的第一样品。最近，氧化石墨的化学还原被用于生产共价官能化的单层氧化石墨烯。然而，用于大规模生产高导电石墨烯片的化学方法仍然难以捉摸。在这里，我们报道了石墨的剥离-再嵌入-膨胀可以产生稳定悬浮在有机溶剂中的高质量单层石墨烯片。石墨烯片在室温和低温下表现出高电导率。在有机溶剂中通过Langmuir-Blodgett组装将大量石墨烯片以逐层方式制成大的透明导电膜。化学衍生的高质量石墨烯片可以导致未来可扩展的石墨烯器件。
2008-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Graphene, a material for high temperature devices; intrinsic carrier density, carrier drift velocity, and lattice energy
对于传统的半导体机器来说，热量一直是一个致命的问题。主要的物理原因是，由传统半导体材料制成的器件的固有载流子密度随着温度的升高而非常快地增加。一旦达到某一温度，密度超过化学掺杂或门控效应，任何由半导体制成的pn结或晶体管将无法工作。在这里，我们测量了石墨烯器件的本征费米能级（|E_F| = 2.93 k_B *T）或本征载流子密度（n_in=3.87*10^6 cm^-2 K^-2*T^2）、载流子漂移速度和G模声子能量以及它们在2400 K以下的温度依赖性。结果表明，石墨烯的本征载流子密度对温度的敏感性比Si和Ge低一个数量级，揭示了石墨烯作为高温器件材料的巨大潜力。我们还观察到饱和漂移速度随温度的升高而线性下降，并确定了本征G模声子能量的温度系数。以上知识对于理解石墨烯在高功率或高温下的物理现象至关重要。
2014-08-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
