Wetting and energetics in nanoparticle etching of graphene
熔融金属纳米颗粒最近已被用于构建具有晶体学边缘的石墨烯纳米结构。然而，这种情况发生的机制仍不清楚。在这里，我们提出了一个简单的模型，解释了液滴如何蚀刻石墨烯。两个因素可能有助于这个过程：石墨烯的平衡润湿性和支持它的衬底之间的差异，或与石墨烯边缘相关的大表面能。我们计算由于这些因素中的任何一个的蚀刻速度，并进行可测试的预测，以评估每个石墨烯蚀刻的意义。该模型具有通用性，也可应用于其它材料体系。作为一个例子，我们展示了我们的模型可以用来扩展目前的理论液滴运动的二元半导体表面。
2010-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Graphene nanoribbons: relevance of etching process
实验文献中的大多数石墨烯纳米带使用等离子体蚀刻来图案化。不同的蚀刻工艺会导致不同类型的缺陷，并且不一定会导致相同的电子和结构带特性。本研究着重于两种常用的蚀刻技术，即氧等离子体灰化和氧/氩反应离子蚀刻（RIE）。氧等离子体灰化代表了敏感衬底RIE物理蚀刻的替代方案，因为它是一种更温和的化学工艺。我们发现，等离子体灰化在暴露的沟槽中产生有缺陷的石墨烯，导致带运输的不稳定性。这些可能是由更多或更大的本地化状态在灰化设备的边缘相比，RIE定义的设备。
2015-07-10 cond-mat.mes-hall
Anisotropic Etching of Graphite and Graphene in a Remote Hydrogen Plasma
我们研究了纯氢等离子体对SiO $_2$和六方氮化硼（hBN）衬底上的石墨样品和石墨烯薄片的蚀刻。石墨暴露实验的压力和距离依赖性揭示了两种不同的等离子体制度的存在：直接和远程等离子体制度。直接暴露于氢等离子体的石墨表面表现出许多不同尺寸和深度的蚀坑，表明在整个蚀刻过程中连续产生缺陷。相比之下，各向异性蚀刻形成规则和对称的六边形开始只从预先存在的缺陷和边缘被认为是在远程等离子体制度，其中样品位于下游，外部的辉光等离子体。这种机制在狭窄的参数窗口中是可能的，其中基本上所有离子已经重新组合，但仍然存在执行各向异性蚀刻的H-自由基的通量。在所需的工艺压力下，自由基只能在表面上复合，而不能在气体本身中复合。因此，管材料需要表现出足够低的H自由基复合系数，例如石英或耐热玻璃。在远程制度，我们研究了单层和双层石墨烯的SiO $_2$和hBN衬底上的蚀刻。我们发现各向同性蚀刻的SiO $_2$上的单层石墨烯，而我们观察到高度各向异性蚀刻的hBN衬底上的石墨烯。对于双层石墨烯，在两个衬底上观察到各向异性蚀刻。最后，我们展示了使用人工缺陷来创建具有干净晶体边缘的定义良好的石墨烯纳米结构。
2017-03-14 cond-mat.mes-hall
Laser-induced etching of few-layer graphene synthesized by Rapid-Chemical Vapour Deposition on Cu thin films
石墨烯出色的电气和机械性能使其在多个应用领域非常有吸引力，尤其是纳米电子学。然而，生产高质量、大规模面积、单层石墨烯片的可再现且非破坏性的方法仍然缺乏。在Cu催化薄膜上化学气相沉积石墨烯代表了实现该目标的有前景的方法，因为在该过程中涉及的低温（T < 900摄氏度）和理论上预期的单层自限制生长。相反，在实验中通常观察不到这种自限性生长，因此使得开发允许更好地控制石墨烯生长的技术是非常期望的。在这里，我们报告的局部烧蚀效应，在拉曼分析中产生的，由于热传递诱导的激光入射光束到石墨烯样品。
2012-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering high quality graphene superlattices via ion milled ultra-thin etching masks
纳米织物研究追求图案化特征尺寸的小型化。在本领域的当前状态中，可以使用电子束光刻将微米级区域图案化为具有低至~ 30 nm间距的特征。我们的工作展示了一种新的纳米纤维技术，它允许图案化周期性结构的间距下降到16纳米。它基于悬浮膜的聚焦离子束铣削，具有电子束光刻的典型邻近效应最小。然后将膜转移并用作硬蚀刻掩模。我们通过使用薄石墨图案化栅电极在单层石墨烯中设计超晶格势来基准我们的技术。我们的电子输运表征显示出高品质的超晶格特性和丰富的霍夫施塔特蝴蝶光谱。我们的技术开辟了在二维材料中实现非常短周期超晶格的道路，与自然莫尔系统中的超晶格相当，但能够控制晶格对称性和强度。这将为多功能固态量子模拟平台和关联电子相的研究铺平道路。
2023-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of oxygen plasma etching on graphene studied with Raman spectroscopy and electronic transport
我们报告了石墨烯和石墨烯场效应器件暴露于一系列短脉冲氧等离子体后的研究。我们目前的数据从拉曼光谱，背门场效应和磁输运测量。观察到拉曼“D”和“G”峰之间的强度比I（D）/I（G）（通常用于表征石墨烯中的无序）最初随着等离子体蚀刻脉冲的数量（N（e））近似线性地增加，但随后在较高Ne下减小。我们还讨论了从I（D）/I（G）中提取石墨烯晶畴尺寸的数据的影响。在所测量的最高Ne处，发现“2D”峰几乎被抑制，而“D”峰仍然突出。等离子体蚀刻的石墨烯中的电子输运测量显示狄拉克点的上移，表明空穴掺杂。我们还表征流动性，量子霍尔态，弱本地化和各种散射长度在一个适度蚀刻的样品。我们的研究结果对于理解等离子体刻蚀对石墨烯的影响以及通过人工产生的缺陷来理解无序石墨烯的物理性质是有价值的。
2010-11-02 cond-mat.mes-hall
From One Electron to One Hole: Quasiparticle Counting in Graphene Quantum Dots Determined by Electrochemical and Plasma Etching
石墨烯被认为是未来电子产品的一种有前途的材料。设想的晶体管应用通常依赖于纳米精度的石墨烯片的精密切割。在这封信中，我们展示了石墨烯为基础的量子点创建使用原子力显微镜（AFM）与尖端辅助电化学蚀刻。这种光刻技术提供了约20 nm的分辨率，这可能通过采用更尖锐的尖端和更好的湿度控制来进一步改进。我们最小的量子点在磁场中的行为使我们能够识别电荷中性点，并区分量子点中只剩下一个电子、一个空穴和一个电荷的状态。
2010-07-26 cond-mat.mes-hall
On the Role of Water Vapor and Process Gasses in Low-Temperature Gold-Catalyzed Graphene Etching
以可扩展的方式在低温下对石墨烯进行图案化的能力是当今石墨烯工业采用面临的最大挑战之一。我们展示了一种简单的方法，用于在$350-375^\circ$ C下使用环境空气对具有可预测特性的石墨进行低温金催化蚀刻。环境空气中自然存在的水蒸气是发生这种反应所必需的。此外，我们表征的蚀刻特性作为工艺参数的函数。需要Ar退火以获得晶体学直蚀刻，并且需要$375^\circ$ C以获得单层深蚀刻。我们预计，这项工作可以通过未来的研究进行调整，以精确控制蚀刻区域的形状，允许简单的低温创建纳米级石墨特征，并最终可以应用于集成器件制造的单层石墨烯片。
2018-04-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Catalytic sub-surface etching of nanoscale channels in graphite
石墨的催化氢化最近引起了新的关注，作为石墨烯纳米图案化和制备石墨烯纳米带的途径。这些报告显示，金属纳米颗粒沿着结晶学Z字形或扶手椅方向各向异性地蚀刻石墨或石墨烯的表面层<11-20><1010>。在石墨烯上，蚀刻方向可以受到外部磁场或衬底的影响。在这里，我们报告的次表面蚀刻的高取向热解石墨（HOPG）的镍纳米粒子，形成一个网络的隧道，如SEM和STM。在这种新的纳米多孔形式的石墨中，顶层在隧道顶部向内弯曲，而它们的局部态密度基本保持不变。石墨中的工程纳米多孔隧道网络允许进一步的化学修饰，并可能在存储或传感中找到应用。
2012-07-06 cond-mat.mes-hall
Termination of Graphene Edges Created by Hydrogen and Deuterium Plasmas
随着器件尺寸减小到纳米尺度，边缘工程对基础研究和应用都很重要。这对于石墨烯尤其如此，因为石墨烯边缘根据原子结构和终端显示出完全不同的电子性质。最近已经表明，可以通过使用氢（H）等离子体蚀刻石墨烯和石墨来获得原子级精确的锯齿形边缘。然而，边缘终止没有被直接研究。在这项研究中，终止的H-等离子体产生的边缘进行了研究，通过高分辨率电子能量损失谱（HREELS）显示的边缘是$\mathrm{sp}^{2}$键合和边缘碳原子是由只有一个H原子终止。这表明，理想的锯齿形边缘，这不仅是原子级精度，而且$\mathrm{sp}^{2}$键合，可以通过H-等离子体蚀刻获得。还通过扫描隧道显微镜（STM）研究了用不同同位素氘（D）的等离子体蚀刻石墨表面，以表明D-等离子体各向异性蚀刻石墨的效率较低，尽管它可以比H-等离子体更有效地制造缺陷。
2022-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crystallogprahically selective nanopatterning of graphene on SiO2
石墨烯具有许多有利的性质，但其缺乏电子带隙使得这种二维材料对于许多纳米电子应用（例如场效应晶体管）来说是不切实际的。通过将石墨烯图案化成具有几纳米宽度的带，打开限制诱导的间隙，可以避免这个问题。这种带状物的电子性质取决于它们的尺寸和带状物边缘的晶体学取向。因此，高度寻求能够区分石墨烯的锯齿形和扶手椅型边缘终端的蚀刻工艺。在这方面的贡献，我们表明，这种各向异性，干法蚀刻反应是可能的，我们用它来获得锯齿形边缘的石墨烯带。我们证明，碳去除反应的起始位置可以精确地定制。
2009-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct Experimental Evidence of Metal-Mediated Etching of Suspended Graphene
在像差校正的扫描透射电子显微镜中进行其上已经沉积有金属Cr、Ti、Pd、Ni、Al和Au原子的悬浮单层石墨烯的原子分辨率高角度环形暗场成像。结合用于识别单个杂质原子的电子能量损失光谱，表明纳米级的孔被蚀刻到石墨烯中，在除金之外的所有金属物质的单个原子与石墨烯紧密接触的位置处开始。电子束扫描过程有助于促进金属原子从原始金属沉积过程中形成的簇到干净的石墨烯表面上，在那里它们启动孔形成过程。根据文献中的计算，我们的观察进行了讨论，预测金属广告原子存在时，在石墨烯中形成的空位要低得多。氧原子在这个过程中的要求和重要性，虽然没有预测由这样的先前的计算，也讨论了，下面我们的观察孔形成在原始石墨烯中的Si杂质原子的存在下，由新的计算预测的空位形成能量的急剧下降，当SiOx分子存在的支持。
2012-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Quantum nanoconstrictions fabricated by cryo-etching in encapsulated graphene
在石墨烯发现十多年后，基于这种有趣材料的纳米结构中的弹道输运仍然是二维电子学研究的一个具有挑战性的领域。基于该材料的纳米结构中粗糙边缘的存在阻止了如理论预测的真正弹道电子输运的出现，因此，迄今为止尚未揭示出良好发展的电导平台。在这项工作中，我们报告了一种新的实施方案的低温蚀刻方法，这使我们能够制造石墨烯纳米收缩之间的六方氮化硼薄膜与前所未有的控制结构的边缘封装。高品质的光滑纳米粗糙的边缘，其特征在于由原子力显微镜和低粗糙度和存在的良好发展的量子化电导步骤与伴随发生的弹道输运之间的明确的相关性被发现在低温下。特别地，由于尺寸量子化，我们在零磁场下遇到了精确的2个$e^{2}/h$量子化步骤的电导，因为它已经在理论上预测了通过石墨烯纳米收缩的真正弹道电子输运。
2019-02-20 cond-mat.mes-hall
Precision Cutting and Patterning of Graphene with Helium Ions
我们报告使用氦离子显微镜配置为光刻纳米级图案化的石墨烯。氦离子光刻是一种直写光刻工艺，与传统的聚焦离子束图案化相当，没有抗蚀剂或其他材料接触样品表面。在本申请中，使用氦离子切割Si/SiO2衬底上的石墨烯样品，其中计算机控制对准、图案化和曝光。一旦确定了合适的束剂量，就可以获得锐利的边缘轮廓和干净的蚀刻，对样品几乎没有明显的损伤或掺杂。该技术提供了与石墨烯兼容的快速光刻，具有约15 nm的特征尺寸。
2009-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge dependece of nonlocal transport in gapped bilayer graphene
本研究针对有隙双层石墨烯非局域电阻来源不明的问题，通过氧等离子体边缘刻蚀双栅BLG器件，发现刻蚀后电阻变化源于边缘导电路径而非拓扑性质，澄清了相关输运机制。
2024-11-28 cond-mat.mes-hall
Graphene nano-origami using Scanning Tunneling Microscopy
先前已经使用基于原子力显微镜（AFM）和扫描隧道显微镜（STM）的技术两者示出了在高度取向的热解石墨（HOPG）上的石墨烯纳米图案化，所述基于原子力显微镜（AFM）和扫描隧道显微镜（STM）的技术包括内在台阶边缘的折叠和石墨烯层中的电化学蚀刻或切割。在这里，我们报告了一种新技术的发展，结合电化学蚀刻和折叠使用机械STM操纵。我们的技术显示了前所未有的控制纳米级的石墨烯折叠在多个折叠步骤，并可能是一个路线的STM研究魔角石墨烯与原位制造的样品。
2018-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Weak localization and Raman study of anisotropically etched graphene antidots
我们研究了石墨烯纳米结构的晶体学蚀刻过程，其中锯齿形边缘可以选择性地制备。该过程涉及在820 ℃的氩气气氛中加热具有预定义的反点阵列图案的剥离的单层石墨烯样品，其选择性地去除位于扶手椅位点上的碳原子。原子力显微镜和扫描电子显微镜无法解析原子尺度上的结构。然而，弱本地化和拉曼测量-这两个探针谷间散射扶手椅边缘-表明，锯齿形区域相比，仅与氧基反应离子蚀刻制备的样品增强。
2013-10-09 cond-mat.mes-hall
An innovative way of etching MoS2: Characterization and mechanistic investigation
我们报告了一个系统的研究，通过使用XeF2作为气体反应物的二硫化钼晶体的蚀刻。通过控制刻蚀工艺，可以得到形貌均匀的单层MoS2薄膜。所得材料的拉曼光谱和光致发光光谱与剥离的MoS2的拉曼光谱和光致发光光谱相似。利用这种策略，可以实现不同的图案，如霍尔条结构和六边形阵列。此外，通过引入石墨烯作为蚀刻掩模，研究了蚀刻机理。我们相信我们的技术开辟了一种简单可控的蚀刻MoS2的方法，可用于制造复杂的纳米结构，如纳米带，量子点和晶体管结构。这种使用XeF2的蚀刻工艺也可以扩展到其他感兴趣的二维晶体。
2013-03-01 cond-mat.mes-hall
Molecular mechanism of water permeation in helium impermeable graphene and graphene oxide membrane
发现氧化石墨烯（GO）层对于水的渗透是良好的，但对于氦不是（Science 2012 335（6067）：442-444），表明GO层在取决于它们所处的环境（即，水或氦）的渗透路线的形成中是动态的。为了探索这一观察的微观起源，我们计算了GO片（氧化和还原部分）的平均力（PMF）的潜力，与面间距离作为反应坐标在氦气和水中。我们的PMF计算表明，在氦气中的GO片的氧化部分之间的平衡层间距离为4.8 μ m，没有留下氦气渗透的空间。相比之下，GO氧化部分在水中的PMF显示出两个最小值，一个在4.8 μ m处，另一个在6.8 μ m处，对应于无水和水填充区域，从而产生渗透路径。基于对不同片间距的石墨烯片和氧化石墨烯片之间捕获的水的熵计算，我们还展示了填充热力学。
2015-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Unimpeded permeation of water through helium-leak-tight graphene-based membranes
通过纳米孔的渗透在用于过滤和分离技术的材料的设计中是重要的，并且因为在分子尺度上出现的不寻常的基本行为。我们发现，由氧化石墨烯制成的亚微米厚的膜可以完全不渗透液体，蒸汽和气体，包括氦气，但允许水不受阻碍地渗透（H2O渗透通过膜的速度至少是He的10^10倍）。我们将这些看似不相容的观察结果归因于单层水通过由紧密间隔的石墨烯片形成的二维毛细管的低摩擦流动。其他分子的扩散被低湿度下毛细管的可逆变窄和/或被水堵塞所阻止。
2011-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Mass-transport-limited reaction rates and molecular diffusion in the van der Waals gap beneath graphene
CEITEC BUT, Brno University of Technology（Brno理工大学CEITEC中心）；Institute of Physical Engineering, Brno University of Technology（Brno理工大学物理工程学院）；School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学机械工程学院）；University of Michigan-Shanghai Jiao Tong University Joint Institute, Shanghai Jiao Tong University（密歇根-上海交通大学联合学院，上海交通大学）；Global Institute of Future Technology, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学未来技术学院）
研究了石墨烯与催化基底间范德瓦尔间隙中分子受限反应的动力学限制，发现反应速率受质量传输限制，即使在CO等分子中也如此，揭示了范德瓦尔间隙作为纳米反应器的潜力。
2025-07-10 cond-mat.mes-hall
Structure and dynamics investigations of a partially hydrogenated graphene/Ni(111) surface
利用氦-3原子散射方法研究了氢原子在Ni（111）表面单层石墨烯上的吸附动力学、结构和扩散动力学。衍射测量揭示了一个4 $^\circ$旋转矩形氢超结构。氢的吸附和解吸分别表现出$E_a=(89\pm7)\,$ meV和$E_d=(1.8\pm0.2)\,$ eV的活化势垒。氦-3自旋回波测量表明，在光谱仪的时间范围内，空间关联函数（或中间散射函数）没有衰减。因此，我们能够为可能的氢表面扩散速率设定下限。
2022-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intercalation and desorption of oxygen between graphene and Ru(0001) studied with helium ion scattering
石墨烯是一种迷人的2D材料，由于其独特的电子和材料特性，正被广泛研究用于电子设备。此外，由于其高的热稳定性和惰性，它被认为是一个有前途的候选人用作金属基板的保护层。在此，在Ru（0001）上生长的石墨烯膜保持在600 K，同时与氧（O $_2$）反应，然后用氦低能离子散射（LEIS）研究。在不同散射角下收集的LEIS光谱证实，氧不吸附到石墨烯上，而是插层在石墨烯和衬底之间。当样品退火至800 K时，插层O $_2$脱附。它表明，这是一个低得多的温度比需要从Ru去除化学吸附的原子氧，从而推断，插层氧是分子。在脱附过程期间，一些石墨烯经由与氧的化学反应而被蚀刻掉，其中脱附为O $_2$或反应以蚀刻石墨烯的比例取决于插层的O $_2$的量。
2017-09-28 cond-mat.mes-hall
Transmission Helium Ion Microscopy of Graphene
我们比较了透射氦离子显微镜（HIM）和透射电子显微镜（TEM）的石墨烯支撑膜。我们提出了斑点传输模式，比较散射和材料中的离子范围（SRIM）的预测，并显示扫描他$^+$传输图像的例子，基于集成的相机强度。我们还考虑了相干HIM散射的潜力。
2020-04-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Effects of substrate corrugation during helium adsorption on graphene in the grand canonical ensemble
本研究通过巨正则系综量子蒙特卡洛模拟，探讨了石墨烯基底起伏对4He吸附的影响，发现完全起伏势对理解第一吸附层相变至关重要，且起伏残余效应在第二层吸附中仍存在。
2024-04-29 cond-mat.mes-hall
Introduction to Nonlinear Phenomena in Superfluid Liquids and Bose-Einstein Condensates: Helium, Semiconductors and Graphene
我们回顾了当前对集体量子系统的非平衡动力学的理解。我们描述了一种方法的基础上的哈密顿制定的超流流体动力学。结果表明，在恒定能量泵浦的存在下，密度和熵的涨落的非线性耦合强烈地影响系统的非平衡动力学。我们使用所获得的结果来分析的性质的非平衡超流体4He和激子极化玻色-爱因斯坦凝聚体，无论是在半导体量子阱和石墨烯层中的存在下，高磁场。
2011-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Impermeable Atomic Membranes from Graphene Sheets
我们证明了单层石墨烯膜对包括氦气在内的标准气体是不可渗透的。通过在膜上施加压力差，我们测量了单层石墨烯的弹性常数和质量。这种加压石墨烯膜是世界上最薄的气球，并在两个不同的区域之间提供了一个独特的隔离屏障，只有一个原子厚。
2008-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Isotopic Separation of Helium through Nanoporous Graphene Membranes: A Ring Polymer Molecular Dynamics Study
二维（2D）膜的分离机制的微观水平的理解是一个活跃的研究领域，由于这类膜的各种技术过程的潜在影响。从自然资源中提纯氦（He）由于其生产的短缺而特别令人感兴趣。在这项工作中，我们应用环状聚合物分子动力学（RPMD）方法，石墨二炔（Gr2）和石墨三炔（Gr3）的二维膜具有可变孔径的He同位素分离。我们发现通过Gr3的传输速率比Gr2大许多数量级。低温下任一同位素的选择性是$^4$ He和$^3$ He的零点能量效应和隧穿之间的微妙平衡的结果。RPMD为研究He同位素分离提供了一种有效的方法，它考虑了经典方法无法捕捉的低温下轻核运动的量子效应。
2021-01-22 cond-mat.mes-hall
Quantum Wires and Waveguides Formed in Graphene by Strain
在石墨烯中限制电子以制造器件已被证明是一项具有挑战性的任务。静电方法由于Klein隧穿而失败，而蚀刻到纳米带中需要极端控制边缘终端，并且自底向上的方法在尺寸上限于几纳米。幸运的是，它的机械灵活性提高了利用应变改变石墨烯特性并创造新型应变电子器件的可能性。在这里，我们报告的纳米线的传输研究所产生的线性形状的应变区，从个人的折叠层转移到六方氮化硼。横跨褶皱的电导测量揭示了库仑阻塞特征，表明这些结构中的受限电荷，它们充当量子点。沿着褶皱，我们观察到横向电阻率测量的尖锐特征，归因于由电阻桥将设备的点电导调制的放大。我们的数据表明，弹道输运沿褶皱高达~1 μ m。使用狄拉克模型，包括应变的计算与测得的束缚态能量和预测谷极化电流的存在是一致的。我们的研究结果表明，石墨烯折叠可以作为应变量子线。
2018-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport in locally gated graphene nanoconstrictions
我们已经开发了蚀刻和沉积技术的组合，使得能够制造任意设计的局部门控石墨烯纳米结构。采用这种方法，我们已经制作了石墨烯纳米收缩与本地可调的传输和其电子特性进行了表征。采用具有薄电介质栅氧化物的局部栅几何结构，实现了一个数量级的提高的栅效率。一个完整的关闭的设备被证明作为一个功能的本地栅极电压。发现器件电导的这种强抑制是由于收缩的石墨烯纳米结构中的量子限制和库仑阻塞效应。
2007-09-11 cond-mat.mes-hall
Two-Dimensional Bose-Hubbard Model for Helium on Graphene
关联系统领域的一个令人兴奋的发展是实现量子物质的二维（2D）相的可能性。对于玻色子系统，在2D环境中表现出强相关性的一个例子是吸附在石墨烯上的氦。我们构造了该系统的有效玻色-哈伯德模型，该模型包含硬核玻色子$(U\approx\infty)$、排斥最近邻$(V>0)$和小吸引$(V'<0)$次最近邻相互作用.到玻色-哈伯德模型的映射是通过各种多体技术来完成的，这些技术考虑了石墨烯晶格间距尺度上的强He-He相关性。与稀释的超冷原子的情况下，相互作用是有效的点状，详细的微观形式的短程静电和长程色散相互作用的氦-石墨烯系统是至关重要的新兴玻色-哈伯德描述。结果将吸附在石墨烯上的第一层$^4$ He的基态置于相称固相深处，其中双三角晶格上的位点中的$1/3$被占据。由于有效玻色-哈伯德模型的参数对精确的晶格结构非常敏感，这开辟了一条途径来调谐该固态系统中的量子相变。
2021-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Tuning the pH Response of Monolayer Hexagonal Boron Nitride/Graphene Field-Effect Transistors
电离氢的化学活性描述了溶液中质子的效力，并用于定义pH值，在生物和材料科学中具有广泛的应用。过去已经描述了用石墨烯场效应晶体管（FET）测量pH，但是还没有用单层六方氮化硼（hBN）覆盖层来表征。假设hBN封端降低了质子对石墨烯晶体中氧化缺陷的化学亲和力，并通过筛选电荷密度降低了pH测量的标准偏差。首先，将商业单层石墨烯和单层hBN/石墨烯的电子性质（均在4英寸90 nm SiO2/p型Si上）作为10 mM磷酸盐缓冲溶液中的溶液pH的函数进行对比。二维（2D）FET的制造与光刻胶无金属化，然后通过微量离心管掩蔽和反应离子蚀刻，以定义一个准纯的2D感测台面的pH值传感。此后，将器械暴露于不同pH值的磷酸盐缓冲液中，并测量阻力和液体转移特性。hBN/graphene/SiO2 FET具有更高的线性度，以及比单层graphene/SiO2更低的标准偏差和狄拉克电压漂移范围。然后，在微量离心管掩蔽之前，通过电子束沉积用9 nm的Al 2 O3涂覆新鲜金属化的装置。Al 2 O3/石墨烯/SiO2和Al 2 O3/hBN/石墨烯/SiO2器件在用NaOH碱性蚀刻Al 2 O3之前和之后显示出对磷酸盐缓冲溶液的pH的改变的响应（pH = 12）。这促使通过原子层沉积研究作为Al 2 O3厚度的函数的2D器件的pH依赖性。这些结果表明，用纳米级石墨烯修饰单层石墨烯的表面能够调节石墨烯pH传感器…
2022-10-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Tailoring reflection of graphene plasmons by focused ion beams
石墨烯等离子体激元的显著特性使得石墨烯等离子体激元元件在集成光子器件中具有良好的应用前景。石墨烯等离激元器件的制备和等离激元传播的控制是至关重要的。通过近场等离子体成像，我们展示了可控修改的反射石墨烯等离子体在离子束刻蚀的边界。此外，通过在适当的值改变离子剂量，可以获得类似反射边界的性质。我们还研究了离子束入射角对等离子体反射的影响。为了说明离子束刻蚀的应用，一个简单的石墨烯楔形等离子体激元结构的制造和性能优异，证明这种技术作为一个简单而有效的工具，用于控制石墨烯等离子体激元。
2016-04-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Novel substrates for Helium adsorption: Graphane and Graphene-Fluoride
富勒烯的发现激发了对吸附膜行为的广泛探索。我们的研究解决了平面衬底石墨烯氟化物（GF）和石墨烯（GH）相比，石墨烯。我们目前的初步结果有关的势能，能带和低密度行为的4 He和3 He膜在这种不同的表面。例如，虽然石墨烯呈现出与石墨上的吸附势定性相似的吸附势，但GF和GH产生具有不同对称性的吸附势，吸附位点的数量是石墨烯/石墨上的两倍，并且吸附原子的吸附量更大。在GF的情况下，最低能带宽度与石墨上的相似，但He原子具有显著更大的有效质量，吸附能约为石墨上的三倍。用精确路径积分基态方法研究了4 He单分子层相图的意义。在石墨上发现了一个类似于sqrt{3} × sqrt{3} R30 ~（？）态的对称有序态，它在GF和GH上都是不稳定的.在GF和GH上的亚单层4 He的基态都是超流体，其玻色-爱因斯坦凝聚体的分数约为10%。
2012-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Charge detection in gate-defined bilayer graphene quantum dots
我们报告了使用集成电荷检测器在双层石墨烯中静电定义的量子点设备中的电荷检测。该器件的制造没有任何蚀刻，并具有石墨背栅，从而产生高质量的量子点。电荷检测器基于在150 nm宽的栅极下方通过耗尽与第一量子点分离的第二量子点。我们发现，库仑共振的传感点是敏感的个别充电事件附近的量子点。由于单电子充电引起的电势变化导致通过电荷检测器的电流的阶跃状变化（高达77%）。此外，可以检测具有可调谐隧穿势垒的量子点和耦合量子点的充电状态。
2019-10-17 cond-mat.mes-hall
Fabrication of comb-drive actuators for straining nanostructured suspended graphene
我们报告的制造和表征的一个优化的梳状驱动致动器设计的应变相关的运输测量悬浮石墨烯。我们制造的设备，从高p型掺杂的硅使用深反应离子蚀刻与铬掩模。至关重要的是，我们实现了一个金层，以减少设备电阻从$\approx51.6$ k $\mathrmΩ$到$\approx236$ $\mathrmΩ$在室温下，以允许应变相关的传输测量。石墨烯通过使用聚甲基丙烯酸甲酯膜将其直接机械转移到致动器上来集成。重要的是，集成的石墨烯可以在之后进行纳米结构化，以优化器件功能。结构化悬浮石墨烯的最小特征尺寸为30 nm，这允许有趣的器件概念，例如机械可调纳米收缩。最后，我们通过测量拉曼光谱以及集成石墨烯片在不同应变值下的机械共振频率来表征所制造的器件。
2018-06-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Large yield production of high mobility freely suspended graphene electronic devices on a PMGI based organic polymer
最近在高迁移率悬浮石墨烯器件中观察到的分数量子霍尔效应为石墨烯物理引入了一个新的方向--电子-电子相互作用动力学领域。然而，目前用于制造这种高迁移率器件的技术具有几个缺点。最重要的是，可用于电子器件的接触材料仅限于几种金属（Au、Pd、Pt、Cr和Nb），因为只有这些金属不受反应性酸（BHF）蚀刻制造步骤的侵蚀。在这里，我们展示了一种新技术，该技术导致机械稳定的悬浮高迁移率石墨烯器件，该器件与几乎任何类型的接触材料兼容。在聚二甲基戊二酰亚胺基有机抗蚀剂上制备的石墨烯器件在77 K下电子载流子密度n = 5.0 10^9 cm^-2时显示出高达600.000 cm ^2/Vs的迁移率。这项技术为基于复杂悬浮石墨烯的自旋电子、超导和其他类型的设备铺平了道路。
2010-09-27 cond-mat.mes-hall
Four-band effective square lattice model for Bernal-stacked bilayer graphene
针对Bernal堆叠双层石墨烯大规模器件模拟的难题，提出一种不受费米子加倍问题影响的连续介质模型方法，离散化后得到内置双谷的有效四带模型，在宽磁场下的结果与实验及紧束缚模型一致。
2024-03-05 cond-mat.mes-hall
Strain-engineering of twist-angle in graphene/hBN superlattice devices
通过用六方氮化硼（hBN）代替SiO $_2$作为衬底以及通过在石墨烯/hBN异质结构中形成超晶格的能力，已经能够观察到石墨烯中的新物理现象，例如霍夫施塔特蝴蝶、拓扑电流和非常规超导性。这些器件通常通过将石墨烯蚀刻成具有金属触点的霍尔棒形状来制造。金属电极的沉积、接触的设计和特定配置可以对器件的电子性质具有深远的影响，甚至可能影响石墨烯/hBN超晶格的排列。在这项工作中，我们探测hBN上的石墨烯的应变配置与两种类型的金属接触，二维（2D）的顶部接触和一维（1D）的边缘接触。我们发现，顶部接触诱导应变的石墨烯层沿两个相对的引线，导致一个复杂的应变模式，整个器件的通道。边缘接触，相反，不显示这样的应变模式。有限元建模模拟用于确认所观察到的应变模式是由夹持到石墨烯的金属触点的机械作用产生的。热退火显示出减少总体掺杂，同时增加总体应变，表明石墨烯和hBN之间的相互作用增加。令人惊讶的是，我们发现，这两个接触配置导致不同的扭曲角的石墨烯/hBN超晶格，热退火后收敛到相同的值。这一观察结果证实了石墨烯/hBN超晶格在应变梯度存在下的自锁机制。我们的实验可能对基于异质结构的未来电子器件的发展产生深远的影响，并提供了一种新的机制来诱导二维材料中的复杂应变模式。
2018-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Low Carrier Density Epitaxial Graphene Devices On SiC
在六方Si端SiC衬底上生长的单层外延石墨烯（EG）本质上是电子掺杂的（载流子密度约为10^13 cm^（-2））。我们展示了一个干净的设备制造过程中使用的贵金属保护层，并表明，与王水蚀刻的结果在p型（空穴）分子掺杂我们的非门控，无污染的EG。通过这种简单的工艺制造的器件可以达到10^10 cm^（-2）到10^11 cm^（-2）的载流子密度，迁移率约为8000 cm ^2/V/s或更高。在载流子密度n = 2.4 x 10^11 cm^（-2）、迁移率= 5200 cm ^2/V/s的中度掺杂器件中，我们观察到高度发达的量子化霍尔电阻平台，在磁场强度小于4 T时填充因子为2。掺杂浓度可以通过在Ar中的热处理恢复到更高的水平，而具有p型和n型多数载流子的器件在环境空气中倾向于向较低的载流子浓度漂移。
2014-04-03 cond-mat.mes-hall
Electrostatic Imaging of Encapsulated Graphene
由诸如石墨烯和过渡金属二硫属化物的二维材料制成的器件表现出对纳米科学的许多分支学科感兴趣的显著电子性质。由于其2D性质，当暴露于周围环境时，其质量非常容易受到污染和降解。通过六方氮化硼层之间的封装来保护2D层显著提高了它们的质量。将这些样品定位在密封剂内并在进一步处理之前评估其完整性变得具有挑战性。在这里，我们表明，导电扫描探针技术，如静电力和开尔文力显微镜，使人们有可能可视化的封装层，他们的电荷环境和局部缺陷，包括裂纹和气泡的亚微米尺度。我们的技术采用不需要电接触到嵌入层，提供任何设备蚀刻或电极沉积之前的本地电子质量的宝贵反馈。我们表明，这些测量模式，这是原子力显微镜的简单扩展，是非常适合成像封装导体和他们的局部电荷环境。
2019-11-11 cond-mat.mes-hall
The orientation of CO intercalated between graphene and Ru(0001)
将$^{13}$ CO分子插层在Ru（0001）上的单层石墨烯膜下，并用氦低能离子散射进行询问。单次散射用于确定离子束和检测器可见的原子种类的质量分布，并且改变散射角以区分吸附分子和嵌入分子。在室温下，CO以分子的形式插入，其O端直立在顶部，就像在干净的Ru上一样。当温度升高时，插层的CO比在干净的Ru上倾斜得更多。这可能是由于振动幅度增加与石墨烯膜的限制效应相结合。
2018-10-04 cond-mat.mes-hall
Giant magnetoresistance in ultra-small Graphene based devices
通过计算跨越桥接两个金属石墨烯电极的有限之字形石墨烯带的自旋极化电子输运，我们证明，作为原理证明，具有100%磁阻的设备可以完全由碳制成。在基态，一个短的锯齿形带是一个反铁磁绝缘体，当连接两个金属电极时，它充当抑制电导的隧道势垒。磁场的应用使带状物变成铁磁性和导电性，从而显著增加电极之间的电流。我们预测在液氮温度和10特斯拉或在液氦温度和300高斯在这个系统中的大的磁阻。
2008-11-24 cond-mat.mes-hall
Atomically-thin Ohmic Edge Contacts Between Two-dimensional Materials
随着电子器件尺寸的减小，电接触所起的作用不断增加，最终将主导整个器件体积和总电阻。这对于半导体过渡金属二硫属化物（TMD）的单层尤其成问题，所述半导体过渡金属二硫属化物是原子薄电子器件的有希望的候选者。与它们的理想电接触将需要使用类似薄的电极材料，同时保持低接触电阻。在这里，我们报告了一种可扩展的方法来制造欧姆石墨烯边缘接触到两个代表性的单层TMD-MoS 2和WS 2。石墨烯和TMD层横向连接，具有晶片级均匀性，没有可观察到的重叠或间隙，以及30 k $Ω$ $μ$ m的低平均接触电阻。所得石墨烯边缘接触在室温下显示线性电流-电压（IV）特性，欧姆行为保持到液氦温度。
2016-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards Substrate Engineering of Graphene-Silicon Schottky Diode Photodetectors
石墨烯-硅肖特基二极管光电探测器具有诸如高响应率和高探测率、宽光谱波长操作和高操作速度的有益特性。过去已经采用各种路线和架构来制造器件。器件通常基于在将石墨烯沉积在硅的顶部上以形成石墨烯-硅肖特基结之前通过湿法蚀刻去除硅表面上的氧化硅层。在这项工作中，我们系统地研究了界面氧化层，所采用的制造技术和硅衬底上的石墨烯-硅肖特基二极管光电探测器的光探测能力的影响。在从近紫外到短/中红外辐射的宽波长范围内，辐射强度覆盖超过五个数量级，以及高速操作的设备的适用性的设备的性能进行了研究。结果表明，界面层，根据所需的应用，实际上是有益的，以提高这种设备的光电探测性能。此外，我们证明了硅衬底上的光谱响应和操作速度的影响。所制造的器件在从近UV到短/中红外（热）波长范围的宽光谱波长范围内工作，表现出接近10 $^6$ V/W的高光电压响应和几十纳秒的短上升和下降时间。
2017-06-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Fabrication of hybrid molecular devices using multi-layer graphene break junctions
我们报告的混合分子器件的制造采用多层石墨烯（MLG）的薄片图案与收缩使用氦离子显微镜（HIM）或氧等离子体蚀刻。图案化步骤允许通过电燃烧产生的几纳米间隙的局部化，该间隙可以容纳单个分子或分子集合体。通过控制雕刻收缩的宽度，我们调节电燃烧过程开始的临界功率。我们估计的薄片温度的临界功率，并发现，在低功率下，它是可能的电烧MLG与超导接触密切相关。最后，我们展示了超导接触和蒽功能化的铜姜黄素分子的混合装置的制造。该方法可扩展到具有铁磁接触的自旋电子器件，并且是迈向分子集成电路的第一步。
2015-01-29 cond-mat.mes-hall
How close can one approach the Dirac point in graphene experimentally?
对石墨烯作为模型系统感兴趣的理论家经常会问到上述问题，特别是在相对论量子物理学的背景下。我们通过描述悬浮器件中的电子输运来给出实验答案，悬浮器件的载流子迁移率为几个10^6 cm ^2 V ^-1 s ^-1，朗道量子化的开始发生在低于5 mT的磁场中。观察到的电荷不均匀性低至\approx 10^8 cm^-2，使得每个微米级器件中只有少量载流子的中性态。在液氦温度以上，这种器件的电子特性是固有的，只受热激发的影响。这产生了狄拉克点可以在1 meV内接近，这是目前由剩余电荷不均匀性设定的限制。没有观察到绝缘状态的迹象下降到1 K，这建立了可能的带隙的上限。
2012-09-03 cond-mat.mes-hall
Gating monolayer and bilayer graphene with a two-dimensional semiconductor
本文研究用MoS2、MoSe2、WS2和WSe2等二维半导体作为石墨烯器件的栅极，验证其在低温下的有效性，并揭示单栅和双栅结构中的电压钳位、迟滞及缺陷态电荷俘获等限制。
2025-04-11 cond-mat.mes-hall
Electric-field-induced extremely large change in resistance in graphene ferromagnets
在锰氧化物钙钛矿和狄拉克材料中分别发现了巨磁电阻（$\sim 100\times10^3\%$）和极大磁电阻（$\sim 1\times10^6\%$）。然而，对极强磁场（和极低温度）的要求使得它们不适用于现实设备。在这项工作中，我们提出了一种设备，可以产生更大的变化，电阻在零磁场和高温。该器件由两条钇铁石榴石（YIG）下的石墨烯组成，其中施加两个栅极电压以消除YIG诱导的半金属铁磁体中的重电荷掺杂。利用Landauer-Büttiker方法计算了自由铁磁体在零磁场和液氦（氮）温度下的电阻变化，结果表明，在适当的栅压下，自由铁磁体的电阻变化可达$305\times10^6\%$（$16\times10^3\%$）.我们将这种显著的效应归因于自由铁磁体中的栅极诱导全极化反转，这导致器件中的金属态到绝缘体态的转变。我们还发现，所提出的效果可以实现在使用其他磁绝缘体，如EuO和EuS的设备。我们的工作应该有助于开发一个现实的开关设备，是节能和CMOS技术兼容。
2017-12-11 cond-mat.mes-hall
Lateral heterostructures of two-dimensional materials by electron-beam induced stitching
我们提出了一种新的方法来合成二维（2D）的横向异质结构的石墨烯和二硫化钼片与分子碳纳米膜（CNMs），这是基于电子束诱导缝合。通过化学气相沉积（CVD）分别在铜和SiO2衬底上生长石墨烯和MoS 2的单层，将其转移到金/云母衬底上并通过电子束光刻或光刻进行图案化。芳族硫醇的自组装单分子层（SAM）生长在金膜上不存在2D材料的区域。采用用低能电子束的照射将SAM转化为CNM，并同时将CNM边缘缝合到石墨烯和MoS 2的边缘，从而形成由两种不同材料组成的异质但连续的膜。所形成的横向异质结构具有高的机械稳定性，使得它们能够从金衬底转移到目标衬底上，甚至能够制备成独立的片材。我们的特点是这种合成的各个步骤和结构的最终异质结构的互补分析技术，包括光学显微镜，拉曼光谱，原子力显微镜（AFM），氦离子显微镜（HIM），X射线光电子能谱学（XPS）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM），并发现它们具有近原子尖锐的边界。
2018-05-01 cond-mat.mes-hall
