An epitaxial graphene platform for zero-energy edge state nanoelectronics
石墨烯最初的承诺，以取代硅动摇，由于普遍的边缘无序光刻图案沉积石墨烯和缺乏一个新的电子范例。在这里，我们证明了在碳化硅衬底（epigraphene）上外延生长的常规图案化石墨烯中的退火边缘由衬底稳定并支持受保护的边缘状态。边缘态的平均自由程大于50微米，是体态的5000倍，并且涉及理论上意想不到的马约拉纳式零能量非简并准粒子，不产生霍尔电压。在无缝集成结构中，边缘状态形成了一个零能量的一维弹道网络，在带状连接处具有基本上无耗散的节点。无缝器件结构提供了各种切换可能性，包括低温下的量子相干器件。这使得epiglene成为技术上可行的石墨烯纳米电子学平台，有可能接替硅纳米电子学。
2022-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Opening Band Gap without Breaking Lattice Symmetry: A New Route toward Robust Graphene-Based Nanoelectronics
开发基于石墨烯的纳米电子学取决于打开石墨烯的电子结构中的带隙，这通常通过经由石墨烯层的电场（栅极偏压）或不对称掺杂打破石墨烯晶格的反转对称性来实现。在这里，我们介绍了一种新的设计策略，该策略将双层石墨烯片夹在具有强自旋轨道耦合的材料的两个包覆层之间（例如，Bi2Te3）。我们的从头算和紧束缚计算表明，邻近增强的自旋轨道耦合效应打开了一个大的（44 meV）的带隙在双层石墨烯没有打破其晶格对称性，和带隙可以有效地调整层间堆叠模式和显着增强层间压缩。这种量子阱结构的可行性通过最近石墨烯和Bi2Te3之间的高质量异质结的实验实现来证明，并且这种设计也符合半导体工业中现有的制造技术。预期所提出的量子阱结构特别稳健，因为它不需要外部电源来打开和保持带隙，并且包覆层在其器件应用中提供对石墨烯层的环境退化的保护。
2014-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bispyrene functionalization drives self-assembly of graphite nanoplates into highly efficient heat spreader foils
由石墨烯和相关材料制成的导热纳米纸目前在热管理应用中显示出巨大的潜力。然而，导电板之间的热接触代表了在不存在用于石墨化的高温步骤的情况下制备的纳米纸的热导率的瓶颈。在这项工作中，无效的热接触的问题是通过使用双官能聚芳族分子来解决的，该分子被设计用于驱动石墨纳米片（GNP）的自组装并在它们之间建立热桥。为了保持与无缺陷sp2结构相关的高导电性，利用了用双芘化合物的非共价官能化，所述双芘化合物是有目的地合成的，具有可变的系链长度。芘端基与石墨烯表面具有较强的π-π相互作用，如UV-Vis，荧光和拉曼光谱所示。发现GNP之间的双芘分子结控制纳米纸内的GNP组织和取向，从而显著增强平面内和跨平面的热扩散率。最后，纳米纸被验证为电子元件的散热器设备，证明与传统铜箔相比具有相当或更好的散热性能，同时减轻了90%以上的重量。
2021-01-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultrathin epitaxial graphite: 2D electron gas properties and a route toward graphene-based nanoelectronics
我们已经制备了具有显著二维电子气（2DEG）行为的外延石墨薄膜。通过热分解在6 H-SiC的（0001）表面上生长了典型的由3个石墨烯片组成的薄膜，并通过表面科学技术对其进行了表征。的低温电导跨越的范围内的本地化制度根据结构状态（平方电阻1.5千欧姆至225千欧姆在4 K，具有正的磁导）。低电阻样品在二维上表现出弱局域化的特征，由此我们估计了弹性和非弹性的平均自由程。在低场下，霍尔电阻在高达4.5 T时是线性的，这可以通过每个石墨烯片的密度为10^{12} cm^{-2}的n型载流子来很好地解释。最高度有序的样品表现出Shubnikov-de Haas振荡，其对应于在霍尔电阻中观察到的非线性，表明潜在的新量子霍尔系统。我们表明，高迁移率的薄膜可以通过传统的光刻技术图案化，我们演示了调制的膜电导使用顶栅电极。这些关键元素表明基于纳米图案化外延石墨烯（NPEG）的电子器件应用具有大规模集成的潜力。
2004-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of Size Effect on Graphene Nanoribbon Transport
石墨烯在纳米电子应用中表现出令人印象深刻的特性，包括高迁移率和宽度依赖的带隙。石墨烯在纳米电子学中的使用最可能是石墨烯纳米带（GNR）的形式，其中带宽度预计小于20 nm。已经对边缘散射对GNR中载流子输运的影响进行了许多理论预测-大多数研究指出迁移率（GNR）以及开/关比（GNR FET）的退化。这项研究提供了第一个明确的实验证据，在图案化GNRs的尺寸效应的开始;它表明，对于W<60 nm，GNRs中的载流子迁移率是有限的边缘散射。
2010-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Penta-Pt2N4: an ideal material for nanoelectronics
自从石墨烯被发现以来，二维（2D）材料为设计高性能纳米电子器件铺平了新的道路。为了促进器件的应用，对材料有三个关键要求：相当大的带隙，高载流子迁移率和强大的环境稳定性。然而，对于近年来研究最热的2D材料，石墨烯是无间隙的，过渡金属二硫属化合物具有低载流子迁移率，黑磷烯对环境敏感。到目前为止，这三个特性很少能在一种材料中得到满足。因此，寻找一种理想的二维材料来克服这种限制成为一个巨大的挑战。在这项工作中，我们从理论上预测了一种新型的平面二维材料：Penta-Pt 2N 4，它是由奇妙的Cario五边形镶嵌以及罕见的氮双键设计的。最重要的是，2D Penta-Pt 2N 4表现出优异的本征特性，包括高达1.51 eV的大直接带隙、高达105 cm 2 V-1 s-1的高载流子迁移率、高达0.70 TPa的巨大杨氏模量以及稳健的动态、热和化学稳定性。此外，Penta-Pt 2N 4是一个全局极小的PtN 2化学计量比在2D，所以我们还提出了一个CVD/MBE方案，使其实验合成。我们设想2D Penta-Pt 2N 4可能会在未来的纳米电子学中找到广泛的应用。
2018-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Charge carrier flow through trimmed graphene nanoribbon junctions
Institute of Physics, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院物理研究所）
研究在摩尔定律受限下，利用低维材料开发纳米电子器件的挑战。核心方法是通过修整石墨烯纳米带结边缘设计最佳尺寸结，保持电子特性。主要贡献是揭示结尖端电流可忽略，大修整影响电导通道并提出电导与边缘比例关系模型。
2026-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single Crystalline 2D Material Nanoribbon Networks for Nanoelectronics
在过去的十年里，由于石墨烯纳米带在量子领域的潜在应用，人们对石墨烯纳米带进行了一系列研究。然而，由于缺乏合成路线，很少有实验工作报道其他2D材料的纳米带。在这里，我们提出了一种通用的方法来合成高质量的网络纳米带从任意的二维材料，同时保持高结晶度，足够的产量，窄的尺寸分布，和直接的设备集成性。这种技术的广泛适用性通过制造本质上不受互连电阻影响的MoS2、WS2、WSe2和石墨烯纳米晶体管场效应晶体管来证明。通过依赖于自组装和自对准的有机纳米结构作为掩模，我们证明了控制的nanorigins的边缘的主要结晶方向的可能性。电特性显示记录迁移率和非常高的电流，尽管极端的宽度缩放的各种TMDC。最后，我们探索装饰的nanoribbon边缘与等离子体粒子铺平道路的发展nanoribbon为基础的等离子体传感和光电器件。
2022-05-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Cryogenic shock exfoliation for ultrahigh mobility rhombohedral graphite nanoelectronics
University of California at Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
介绍低温冲击剥离法制备大面积菱面体石墨烯薄片，结合保留堆叠顺序的低压范德华组装技术，制成高均匀性、高产率器件，展现优异性能，克服材料瓶颈，推动二维纳米电子学发展。
2026-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Isotope Effect on the Thermal Conductivity of Graphene
采用平衡分子动力学方法研究了300 K下不同同位素（C13）浓度的孤立石墨烯的热导率。在纯C12或C13石墨烯的极限下，石墨烯在锯齿形和扶手椅形方向上的TC分别为~630 W/mK和~ 1000 W/mK。我们发现，当C12和C13在不同的掺杂浓度下随机分布时，石墨烯的TC可以最大限度地降低~ 80%，在扶手椅和锯齿形方向上。因此，我们的模拟结果表明，一种有效的方法来调整的TC的石墨烯，而不改变其原子和电子结构，从而产生一个有前途的应用纳米电子学和热电的石墨烯基纳米器件。
2010-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Properties of single-layer graphene doped by nitrogen with different concentrations
石墨烯具有独特的磁性和电子学性质，在纳米电子学和自旋电子学领域有着广阔的应用前景。采用Heyd-Scuseria-Ernzerhof 06（HSE 06）杂化泛函方法，利用自旋极化的从头算密度泛函理论，研究了半金属单层石墨烯中氮取代掺杂的性质.我们发现，从我们的计算，引入氮掺杂可能会打破能量简并相对于自旋（自旋对称性破缺）在某些掺杂浓度与适当的掺杂剂配置。自旋对称性破缺会引起自旋极化效应，从而引起石墨烯的磁响应。本文系统地分析了氮原子掺杂浓度和掺杂构型对石墨烯的磁矩和带隙的影响。
2013-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Thermal rectification in asymmetric U-shaped graphene flakes
本文采用非平衡分子动力学模拟研究了非对称U型石墨烯片的热整流现象。石墨烯片由一个梁和两个臂组成。结果表明，热通量优先从宽臂流向窄臂，具有较强的整流效应。研究了整流比与热流密度、梁长、梁宽、两臂长、臂宽的关系。结果表明，一种可能的途径来管理散热的U形石墨烯基纳米电子器件。
2011-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Transport in Amorphous Graphene with Varying Structural Quality
最近已经证明了晶片级二维无定形碳单层的合成。这种材料在作为金属、半导体或磁性材料的涂层集成时具有有用的特性，例如能够实现有效的原子层沉积，从而促进超紧凑技术的发展。在这里，我们提出了一个表征的结构程度的无定形的这种碳膜可以控制的晶体生长温度。我们还确定了如何在这种材料中的能量耗散新兴的振动模式，其本地化的空间对称性的损失增加，导致在一个可调的热导率变化超过两个数量级的系统分析。我们的模拟提供了一些配方，以设计最合适的“无定形石墨烯”的基础上的目标应用，如散热器，能量采集器或绝缘热障。
2020-12-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Characterization of nanometer-sized, mechanically exfoliated graphene on the H-passivated Si(100) surface using scanning tunnelling microscopy
我们已经开发了一种通过将石墨机械剥离到Si（100）-2x1：H表面上来沉积具有2-10 nm的最小横向尺寸的石墨烯单层和双层的方法。纳米尺寸单层石墨烯的室温、超高真空（UHV）隧道光谱测量揭示了尺寸相关的能隙范围为0.1-1 eV。此外，石墨烯层的数量可以直接从扫描隧道显微镜（STM）的形貌轮廓确定。这一原子学研究为探索纳米石墨烯的电子结构提供了实验基础，有助于石墨烯基纳米电子学的发展。
2007-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-Graphite Quilts for Thermal Management of High-Power GaN Transistors
自加热是大功率GAN电子和光电子器件面临的一个严重问题。已经尝试了各种热管理解决方案，例如倒装芯片接合或复合衬底。然而，温度升高仍然限制了氮化物基技术的应用。在这里，我们证明了GAN晶体管的热管理可以通过引入用少层石墨烯（一种优秀的热导体）实现的替代散热通道来大幅改善。我们已经将少层石墨烯转移到SiC衬底上的AlGaN/GAN异质结构场效应晶体管中，以形成“石墨烯-石墨被子”-横向散热器，其从沟道区域移除热量。使用显微拉曼光谱原位监测，我们已经表明，温度可以降低多达20摄氏度，在这样的设备工作在~13-W/mm的功率密度。模拟表明，在耐热蓝宝石衬底上的GAN器件中以及在具有紧密定位的散热器的设计中，“石墨烯棉被”的效率可以更高。我们的研究结果为少层石墨烯在大功率电子产品中的应用开辟了一个新的利基。
2012-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Thermal transport in van der Waals graphene/boron-nitride structure: a molecular dynamics study
在范德瓦尔斯异质结构中，石墨烯/h-BN异质结构是二维纳米电子器件的合适候选者。本文采用非平衡分子动力学模拟方法，研究了石墨烯/h-BN双层结构和石墨烯/h-BN范德华异质结构（即h-BN薄片周期性地插入石墨烯层的顶部和底部）中的热传输。结果表明，随着体系长度的增加，石墨烯/h-BN双层材料的热导率增加。此外，石墨烯/h-BN异质结构中的热传输比单层石墨烯或单层h-BN中的热传输增强。尺寸效应分析表明，当体系尺寸大于100 nm时，通过石墨烯/h-BN双层结构各层的热通量趋于收敛。研究结果有助于理解范德华异质结中的热传导现象，并有助于改进异质结的设计，以获得更好的热管理和散热效果。
2021-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic anisotropy of thermal conductance in graphene nanoribbons
采用非平衡格林函数方法对宽度为0.5 ~ 35 nm的石墨烯纳米带的热导率进行了系统研究。观察到各向异性的热导与锯齿形GNRs的室温热导高达~ 30%大于扶手椅GNRs。在室温下，各向异性被发现消失，直到宽度大于100 nm。这种本征各向异性源于带边缘不同的边界条件，并可用于调节热导率，这对GNRs在纳米电子学和热电学中的应用具有重要意义。
2009-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-protein bioelectronic devices with wavelength-dependent photoresponse
我们实现了石墨烯场效应晶体管（FET）和可溶性蛋白质之间的纳米电子接口。这使得能够生产结合生物分子和无机组分的功能的生物电子器件。该方法用于使用标签本身将多组氨酸标记的蛋白质连接到石墨烯FET。原子力显微镜和拉曼光谱提供的生物/纳米混合结构的理解，电流栅电压测量用于阐明的电子特性。作为一个应用实例，我们用荧光蛋白官能化石墨烯FET，以产生对蛋白质的光吸收光谱所定义的波长的光响应的杂化物
2011-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly Ordered Boron Nitride/Epigraphene Epitaxial Films on Silicon Carbide by Lateral Epitaxial Deposition
实现高性能的纳米电子学需要在纳米尺度上控制材料。在碳化硅上生产高质量外延石墨烯（EG）纳米结构的方法是已知的。下一步是在EG纳米结构上生长范德华半导体。六方氮化硼（h-BN）是一种宽带隙半导体，具有与石墨烯相匹配的蜂窝晶格结构，使其非常适合石墨烯基纳米电子学。在这里，我们描述了多层h-BN的制备和表征使用迁移增强的金属有机物气相外延工艺在EG上外延生长。作为横向外延沉积（LED）机制的结果，生长的h-BN/EG异质结构具有高度有序的外延界面，如所期望的，以便保持原始石墨烯的传输性质。通过第一性原理模拟分析了所观察到的2D外延h-BN膜的逐行生长机制的原子尺度结构和能量细节，证明了一维无成核能量无势垒生长。这种工业相关的LED工艺可以应用于各种各样的范德华材料。
2020-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-Based Electromechanical Thermal Switches
热管理是现代电子、航空电子、汽车和储能系统中的一个重要挑战。虽然经常使用被动热解决方案（如散热器或散热器），但主动调节热流（例如通过热开关或二极管）将为热瞬变和系统可靠性的管理提供额外的控制程度。在这里，我们报告了第一个基于柔性可折叠石墨烯膜的热开关，具有< 2 V的低工作电压。我们还采用主动模式扫描热显微镜（SThM）来实时测量器件行为和开关。一个紧凑的分析热模型开发的一般情况下的热开关的基础上的双夹紧悬浮膜，突出的热和电气设计的挑战。系统级建模演示了作为开关比的函数的调制温度摆幅和平均温度之间的热权衡。这些基于石墨烯的热开关为密集集成系统中快速（甚至纳秒）热瞬变的主动控制提供了新的机会。
2020-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface Potentials and Layer Charge Distributions in Few-Layer Graphene Films
石墨烯衍生的纳米材料正在成为后硅电子学的理想候选者。阐明绝缘衬底与少层石墨烯（FLG）薄膜之间的电子相互作用对于器件应用至关重要。在这里，我们报告的静电力显微镜（EFM）的测量结果表明，FLG表面电位随膜厚度增加，接近“散装”的值与五个或更多的石墨烯层的样品。这种行为与传统的导电或半导体薄膜的预期形成鲜明对比，并且源自石墨烯的相对论低能载流子的电荷屏蔽的独特方面。EFM测量解决了以前看不见的电子扰动沿着结构无序FLG的晶体学方向延伸，可能是由长程原子缺陷引起的。这些结果对石墨烯纳米电子学具有重要意义，并提供了一个强大的框架，可以进一步研究关键特性。
2008-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Open-circuit Voltage of Graphene-Based Photovoltaic Cells Modulated by Layer-by-Layer Transfer
石墨烯以其优异的电子性能在未来的纳米电子器件中显示出巨大的应用前景。此外，其令人印象深刻的光学特性一直吸引着研究人员的兴趣，最近，嵌入了几层石墨烯（FLG）的异质结结构的光伏效应已经得到证实。在这里，我们报告的石墨烯半导体结的光伏响应和控制的开路电压（Voc）与不同数量的石墨烯层。在通过化学生长的石墨烯层的逐层转移制备的FLG中通过原位退火去除可吸附的污染物之后，FLG的功函数随着石墨烯层的增加而连续增加，尽管层间堆叠是随机的，导致FLG/Si界面的光伏行为的调制。这里观察到的表面光伏效应显示了FLG异质结系统中深度方向上的电子重新排列，表明利用FLG优异的透明度和柔性的太阳能器件的未来潜力。
2010-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Complementary-like Graphene Logic Gates Controlled by Electrostatic Doping
用石墨烯实现逻辑电路对于高速纳米电子学是非常有吸引力的。然而，固有的双极性质阻碍了具有传统互补架构的石墨烯逻辑器件的形成。使用静电掺杂调制，我们在这里展示了一种简便的方法来控制电荷中性点，并形成一个互补的结构，其中双极导电被用来作为一个好处，而不是一个缺点，以构建逻辑器件。在沟道中还引入带隙以提高石墨烯晶体管的开关比。第一次展示了互补的NOR和NAND逻辑门。该方法为双极性石墨烯的逻辑电路提供了一条可能的路线，原则上也可以推广到其他双极性半导体，如有机化合物和碳纳米管薄膜。
2011-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Contrasting diffusion behaviors of O and F atoms on graphene and within bilayer graphene
石墨烯表面吸附原子的化学修饰对于纳米电子学的应用具有重要意义。基于第一性原理密度泛函理论，考虑范德华相互作用，比较研究了氧（O）和氟（F）原子在石墨烯表面和双层石墨烯层间的扩散特性.我们发现，O和F原子具有较低的结合能之间的双层石墨烯相比，在石墨烯。有趣的是，O原子的计算扩散势垒从石墨烯上的0.81 eV略微增加到双层石墨烯内的0.85 eV，而F原子的计算扩散势垒从石墨烯上的0.30 eV显著降低到双层石墨烯内的0.18 eV。双层石墨烯内的O和F扩散的这种对比行为可以追溯到它们不同的键合性质：即，在C $-$ C键的桥位上具有强共价C $-$ O $-$ C键的O吸附原子在一个石墨烯层上扩散，而另一个石墨烯层轻微干扰，而在C原子顶部上具有弱离子F $-$ C键的F吸附原子容易通过在两个石墨烯层之间跳跃而扩散，同时从两个层接受更多的电子电荷。本研究结果对于理解F和O原子在石墨烯上和双层石墨烯内的扩散过程具有重要意义。
2016-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Effect of the attachment of ferromagnetic contacts on the conductivity and giant magnetoresistance of graphene nanoribbons
特别是碳基纳米结构和石墨烯，作为纳米电子学和自旋电子学的新材料引起了人们的极大兴趣。在这种情况下，最重要的问题之一是外部电极对石墨烯纳米带（GNR）的电子性质的影响。目前的理论方法是基于紧束缚模型和修改的格林函数的递归过程。结果表明，在弹道输运范围内，就电导率而言，所谓的端部接触几何形状（具有最小GNR/电极界面面积）通常比其侧面接触对应物（具有较大的覆盖面积）更有利于实际应用。然而，关于巨磁阻系数，情况正好相反，因为自旋分裂效应在较低导电侧接触设置中更显著。
2012-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-Tunable Tunneling Resistance in Graphene/Topological Insulator Vertical Junctions
基于石墨烯的垂直异质结构，特别是与其他层状材料相结合的堆叠，在纳米电子学方面很有前途。石墨烯和拓扑绝缘体这两种模型狄拉克材料的堆叠可以显著地扩大范德华异质结构的家族。尽管对这两种材料有了很好的了解，但是组合的垂直异质结的电子输运性质仍然是未知的。在这里，我们展示了Bi 2Se 3纳米片和单层石墨烯之间的垂直异质结的实验实现。在低温下，通过垂直异质结的电子输运由隧穿过程主导，该隧穿过程可以通过栅极电压有效地调节以改变费米表面附近的态密度。在磁场的存在下，量子振荡观察到由于量子化的朗道能级在石墨烯和二维表面状态的Bi 2Se 3。此外，我们观察到一个奇异的栅极可调隧道电阻下的高磁场，显示电阻最大值时，底层石墨烯成为量子霍尔绝缘体。
2016-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Aromatic molecular junctions between graphene sheets: a molecular dynamics screening for enhanced thermal conductance
适当的设计和合成的分子结的目的，建立导电纳米粒子的导电网络代表了一个机会，开发更有效的导热纳米复合材料，在热管理的几个潜在的应用。在这项工作中，理论经典的分子动力学模拟进行设计和评估的各种分子作为石墨烯纳米片之间的热桥的热导率。广泛的分子结进行了研究，重点是在实验室规模合成可行的化学结构。热导率与化学结的长度和机械刚度相关。分子结的模拟拉伸变形揭示了机械响应对化学结构的微小差异非常敏感。振动态密度的分析提供了对界面振动性质的深入了解。提出了一种知识驱动的分子结结构设计方法，旨在控制纳米材料中的界面热输运。这种方法可以允许在纳米器件中设计更有效的热管理，包括柔性散热器、体换热器和热存储器件。
2019-10-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dimensional crossover of thermal transport in few-layer graphene materials
石墨烯除了其独特的电子和光学特性外，还显示出异常高的热导率。足够大的石墨烯片的热导率应该高于块状石墨的基面的热导率，这是由Klemens从理论上预测的。然而，当材料的维度从2-D变化到3-D时，材料的固有导热能力发生剧烈变化的确切机制仍然难以捉摸。最近高质量的几层石墨烯材料的可用性使我们能够通过实验研究维度交叉。在这里，我们表明，随着少层石墨烯中原子平面的数量从2增加到4，室温热导率从K~3000 W/mK变化到1500 W/mK。我们解释了所观察到的演变从2-D到散装的交叉平面耦合的低能量声子和相应的变化的声子Umklapp散射。所获得的结果揭示了低维材料中的热传导，并可能开辟少层石墨烯在纳米电子学热管理中的应用。
2010-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Tunneling Field-Effect Junctions with WS$_2$ barrier
过渡金属二硫属化物（TMDC）具有二维结构和相当大的带隙，是由石墨烯和厚度为几个原子层的绝缘晶体的原子精密垂直堆叠形成的隧穿场效应晶体管（TFET）中的势垒材料的良好候选者。我们报告了石墨烯/WS $_2$ /石墨烯三明治结构的电子性质的第一性原理研究，揭示了强的界面效应对介电性能的影响，并预测了高的开/关比与适当的WS $_2$厚度和适当的栅极电压范围。WS $_2$层的能带自旋-轨道耦合分裂和介电常数都取决于其与石墨烯电极接触时的厚度，表明石墨烯对界面的强烈影响。介电常数从体WS $_2$值显著降低。有效势垒高度随WS $_2$厚度而变化，并且可以通过栅极电压来调节。这些结果对未来的纳米电子器件设计至关重要。
2017-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric transport in graphene under strain fields modeled by Dirac oscillators
Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学）
本文研究了在随机分布的局部应变场作用下单层石墨烯的热电输运特性，通过二维狄拉克振荡器建模应变诱导杂质，利用 semiclassical 波兹曼输运形式计算弛豫时间，并推导出电导率、塞贝克系数和热导率的解析表达式，揭示了应变对输运系数的调节作用。
2025-09-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Heating Isotopically Labelled Bernal Stacked Graphene: a Raman Spectroscopy Study
当今纳米电子学最大的问题之一是如何控制组件的加热。石墨烯是一种很有前途的材料，对其热性能的研究是非常必要的。在这里，加热的双层结构的效果进行了研究，使用原位拉曼光谱。为了观察对每个单独层的影响，合成了同位素标记的双层石墨烯，其中两层由不同的碳同位素组成。因此，拉曼光谱中的声子的频率相对于彼此移动。这种技术被用来研究不同的堆叠顺序的影响。结果发现，在通过化学气相沉积（CVD）生长的双层石墨烯中，对于Bernal堆叠和随机取向的结构，两层的行为非常相似，而对于转移的样品，各层的行为更加独立。这突出了对样品制备程序的显著依赖性。
2014-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Step-edge instability during epitaxial growth of graphene from SiC(0001)
石墨烯独特的电子性质提供了在微电子向纳米电子发展时取代硅的可能性。在碳化硅上外延生长的石墨烯在这方面是特别有吸引力的，因为SiC本身是有用的半导体，并且通过适当地操纵生长条件，可以产生表现出器件应用所需的理想二维石墨烯的所有传输性质的外延膜。然而，很少或根本不了解实际的生长动力学，这可能是需要为未来的过程控制。作为在这个方向上的一个步骤，我们提出了一个局部的热释放机制来解释手指状结构时观察到的石墨烯生长的SiC（0001）的阶梯流分解。使用一个连续的运动方程的形状演变的移动步骤，线性稳定性分析预测是否一个直线移动步骤的形状扰动生长或衰减作为生长温度的函数，在生长过程中保持的Si的背景压力，和惰性缓冲气体的有效性，以阻止Si原子从晶体表面逃逸。该理论给出了半定量的协议与实验观察到的手指之间的特性分离时，石墨烯生长在低压感应炉或在真空条件下。
2009-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial graphene
石墨烯多层膜在单晶碳化硅上外延生长。该系统由多个石墨烯层组成，其中第一层由于内置电场而被电子掺杂，而其他层基本上未掺杂。与石墨不同的是，载流子显示出狄拉克粒子特性（即反常的Berry相、弱反局域化和朗道能级能量的平方根场依赖性）。外延石墨烯显示出准弹道输运和长相干长度;可以在低温以上持续的性质。特别地，与剥离的石墨烯相反，在高迁移率外延石墨烯中没有观察到量子霍尔效应。由于材料中没有局域态，这种效应似乎被抑制了。外延石墨烯可以使用标准的光刻方法进行图案化，并使用各种技术进行表征。这些有利的功能表明，互连的室温弹道器件可能是可行的低功耗高速纳米电子学。
2007-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Tunable Quasiparticle Band Gap in Few Layer GaSe/graphene Van der Waals Heterostructures
二维（2D）材料近来已成为广泛研究的焦点。通过遵循与石墨烯类似的趋势，包括过渡金属二硫属化物（MX 2）和金属单硫属化物（MX）的其他2D材料显示出用于纳米电子和光电子器件的巨大潜力。尽管半导体MX材料的层间力很弱，但它们的电子性质高度依赖于层的数量。利用扫描隧道显微镜和光谱（STM/STS）研究了分子束外延（MBE）直接生长在双层石墨烯衬底上的少层硒化镓（GaSe）的准粒子能隙的可调谐性。我们的结果表明，带隙约为3.50 +/-0.05 eV的单四层（1 TL），3.00 +/-0.05 eV的双四层（2 TL）和2.30 +/-0.05 eV的三四层（3 TL）。角分辨光电子能谱（ARPES）测量和我们的理论计算证实了GaSe的这种带隙演化，特别是价带相对于费米能级的移动.此外，我们观察到的电荷转移GaSe/石墨烯范德华（vdW）异质结使用ARPES。这些发现证明了对GaSe电子能带结构和电子性质的高度影响，其可以通过控制2D材料层厚度和石墨烯诱导掺杂来获得。
2017-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogenation of Penta-Graphene Leads to Unexpected Large Improvement in Thermal Conductivity
五元石墨烯（PG）是一种具有本征带隙的新型二维材料，在电子学领域具有广阔的应用前景。在这项工作中，我们使用第一性原理晶格动力学和声子玻尔兹曼输运方程（BTE）的迭代解来确定PG及其更稳定的衍生物-氢化五石墨烯（HPG）的热导率。作为对比，我们还研究了氢化对石墨烯热导率的影响。与石墨烯氢化导致热导率急剧降低（从3590至1328 W/mK -降低63%）相反，HPG显示热导率显著增加（615 W/mK），其比PG的热导率（350 W/mK）高76%。HPG的高导热性使其比大多数其他半导体2D材料（例如过渡金属硫属化物）更导热。我们的详细分析表明，反直观的氢化诱导的热导率增强的主要原因是较弱的键的非谐性在HPG比PG。这导致较弱的声子散射氢化后，尽管在声子散射相空间的增加。HPG的高导热性可能会激发围绕HPG和PG的其他衍生物作为未来纳米电子器件的潜在材料的深入研究。从这项研究中了解的基础物理学可能会开辟一种新的策略，通过功能化控制键的非谐性来设计其他2D材料的热传输特性。
2016-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the electronic properties of BiP$_3$ triphosphide from bulk to graphene-based heterostructure by first-principles calculations
本研究利用第一性原理计算首次揭示了BiP$_3$从体相到少层的电子性质，发现量子限制可调控其带隙，并证实G/m-BiP$_3$范德华异质结中可通过电场或层间距调节Schottky势垒，为纳米电子器件设计提供理想材料。
2023-09-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Thickness-dependent Kapitza resistance in multilayered graphene and other two-dimensional crystals
Kapitza或热边界电阻（TBR）限制了从薄膜到其衬底的热耗散，是纳米电子器件的热管理中的主要因素，并且被广泛认为是仅界面的性质。然而，从实验和分子动力学模拟的数据表明，TBR之间的多层2维（2D）晶体和它的衬底随着膜厚度的增加而减少。为了解释这种厚度依赖性，我们概括了Ong，Cai和Zhang [Phys.Rev.B94，165427（2016）]的单层2D晶体的最新理论，该理论是从Rehson，Volokitin和Ueba [J.Phys.：康登斯Matter 23，045009（2011）]，并使用它来评估裸$N$层石墨烯和SiO $_{2}$之间的TBR。我们的计算定量再现了实验和模拟中看到的TBR厚度依赖性及其渐近收敛性，并预测低温TBR在少层石墨烯中的尺度为$T^{-4}$。界面透射系数谱的分析表明，少层石墨烯中的TBR降低是由于更高的弯曲声子分支的额外贡献。我们的理论揭示了弯曲声子在衬底定向散热中的作用，并为优化多层2D器件的热管理提供了框架。
2017-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multifunctional Spin Logic Gates In Graphene Spin Circuits
针对通用全电自旋逻辑运算的实现难题，研究团队基于石墨烯自旋电路构建可重编程多功能自旋逻辑门，实现多种布尔运算，为可扩展全电自旋逻辑与神经形态计算提供平台。
2021-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ballistic transport at room temperature in micrometer size multigraphene
石墨内部的石墨烯层的载流子迁移率和密度的固有值，在Bernal堆叠配置中建立在这些层上的众所周知的结构，并不为人所知，主要是因为大多数研究是在晶格缺陷隐藏其固有值的相当大的样品中进行的。通过测量电阻，通过在微米的小石墨片的几十纳米厚的微加工收缩，我们研究了载体的弹道行为。我们发现，载流子的平均自由程是微米级的，在室温下每个石墨烯层的迁移率为$μ\simeq 6 \times 10^6 $ cm $^2$ /Vs，载流子密度为$n \simeq 7 \times 10^8 $ cm $^{-2}$。这些独特的传输和弹道性能具有重要的意义，了解在单个石墨烯和石墨中获得的值，以及在纳米电子器件中实现这最后一个。
2010-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Long triple carbon chains formation by heat treatment of graphene nanoribbon: Molecular dynamics study with revised Brenner potential
提出了加热石墨烯纳米带产生原子链的方法，并采用分子动力学模拟对其进行了研究。对Brenner势进行了修正，使之能更好地描述石墨烯中原子链、边和空位迁移的形成过程。在2500 K下，观察到了3和4原子排的边缘GNRs（3和4-ZGNRs）的一个根本不同的行为：在3-ZGNRs中形成了数百个原子长度的三重、双重和单重碳链，而在4-ZGNRs中仅用短链和GNR宽度减小进行边缘重构。通过分析键重组反应揭示了3-ZGNRs中的链形成机制，并基于两个过程的相互作用。第一个是3个锯齿形原子排之间的键断裂，导致三重链形成。第二种是在同一锯齿形原子行内的键断裂，其主要通过生成五边形而发生，随后五边形中的键断裂并导致单链或双链形成。对相关反应势垒的DFT计算与提出的机理一致。讨论了基于链的纳米电子器件具有可控数量的链的可能性。
2018-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
