Multifunctional graphene-based and amorphous magnetic materials: synthesis, characterization, and applications in electromagnetic shielding and advanced gas sensing
本论文研究石墨烯基材料与非晶磁性材料的合成、表征及其在电磁屏蔽和气体传感中的应用，提出可规模化制备方法，并验证了材料在屏蔽和传感中的协同效应与性能提升。
2024-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High yield production of graphene by liquid phase exfoliation of graphite
石墨烯是纳米技术研究的中心。为了充分利用其优异的性能，需要大规模生产方法。有两种主要途径：大规模生长或大规模剥落。在这里，我们展示了石墨烯分散体的浓度高达~0.01毫克/毫升的分散和剥离的石墨在有机溶剂，如N-甲基吡咯烷酮。这是因为对于表面能与石墨烯的表面能匹配的溶剂，剥离石墨烯所需的能量被溶剂-石墨烯相互作用平衡。我们确认个别石墨烯片的存在下，产率高达12%的质量，使用吸收光谱，透射电子显微镜和电子衍射。通过X射线光电子、红外和拉曼光谱证实没有缺陷或氧化物。我们可以生产导电、半透明薄膜和导电复合材料。石墨烯的溶液加工开辟了从设备或传感器制造到液相化学的整个潜在大规模应用范围。
2008-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Hometronics: Accessible production of graphene suspensions for health sensing applications using only household items
本研究展示了仅用铅笔芯、自来水、肥皂等廉价家用物品制备石墨烯悬浮液，并制成基于儿童胶水的石墨烯纳米复合材料用于高灵敏度脉搏测量，证明纳米科学研究的可及性。
2024-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Massive production of graphene oxide from expanded graphite
与传统的Hummers方法不同，引入了以膨胀石墨为前体的自发膨胀方法。插层剂（H2SO 4）能够渗透到膨胀石墨中;这使石墨进一步膨胀，结果产生泡沫状中间体。泡沫状石墨在与氧化剂（KMnO 4）的反应中更容易被氧化以形成氧化石墨烯（GO）。以中位粒径约15 μm的膨胀石墨为前驱体，得到了完全剥离的GO。该过程在可扩展的应用中比传统的Hummers方法更安全和高效。
2013-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Scalable Production of Highly-Sensitive Nanosensors Based on Graphene Functionalized with a Designed G Protein-Coupled Receptor
我们已经开发了一种新型的阿片类药物的全电子生物传感器，该生物传感器由工程化的μ阿片受体蛋白组成，对阿片类药物具有高结合亲和力，化学键合到石墨烯场效应晶体管上以读出配体结合。通过计算重新设计了提供化学识别的受体蛋白的变体，以提高其在水性环境中的溶解度和稳定性。开发了荫罩工艺以制造数百个石墨烯晶体管的阵列，其平均迁移率为~1500 cm 2 V-1 s-1，产率超过98%。该生物传感器对阿片受体拮抗剂纳洛酮具有较高的灵敏度和选择性，检测限为10 pg/mL。
2014-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph
Ambient condition production of high quality reduced graphene oxide
还原氧化石墨烯成为应用于各种光学、电子和传感器器件的最受欢迎的材料之一。尽管已经报道了许多用于还原氧化石墨烯合成的方法，但它们通常会引起与其效率，质量和环境影响相关的问题。这项工作展示了一种简单，环保和有效的方法，在环境条件下使用纳秒红外激光照射还原氧化石墨烯。结果，拉曼谱带强度比I（G）/I（D）为4.59，平均微晶尺寸为~90 nm。这种石墨烯的质量比大多数现有方法所能达到的质量更高。此外，所展示的还原技术允许选择性还原氧化石墨烯并控制材料表面上官能团的量。根据所提出的技术制造的气体传感器有效地检测NO $_2$、NH $_3$和H $_2$ S，灵敏度低至10 ppm。
2018-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Chemical vapor deposited graphene: From synthesis to applications
石墨烯是一种具有巨大应用潜力的材料。因此，大量的努力致力于使用化学气相沉积（CVD）技术的大规模石墨烯生产。此外，研究旨在开发将石墨烯纳入现有生产技术和工艺流程的方法。在本文中，我们提出了一个简单的回顾现有的CVD方法用于石墨烯的合成。我们还讨论了将石墨烯转移到所需衬底上的可扩展方法。最后，我们讨论了潜在的应用，将受益于一个完全规模化的，半导体技术兼容的生产工艺。
2021-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Liquid phase production of graphene by exfoliation of graphite in surfactant/water solutions
我们已经展示了一种分散和剥离石墨的方法，以得到悬浮在水-表面活性剂溶液中的石墨烯。这些悬浮液的光学特性允许分散过程的部分优化。透射电子显微镜显示分散相由小石墨薄片组成。超过40%的这些薄片具有<5层，其中约3%的薄片由单层组成。由于吸附的表面活性剂，这些薄片通过库仑排斥而稳定，防止再聚集。然而，较大的薄片倾向于在约6周内沉淀出来，仅留下分散的小薄片。可以通过真空过滤这些分散体来形成薄膜。这些薄膜的拉曼和红外光谱分析表明，薄片基本上没有缺陷和氧化物。所沉积的膜是相当导电的并且是半透明的。进一步的改进可能导致廉价透明导体的开发。
2008-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Foam Flows in Turbulent Liquid Exfoliation of Layered Materials and Implications for Graphene Production and Inline Characterisation
表面活性剂通常用于在环境友好的溶剂如水中稳定二维（2D）材料。水性表面活性剂溶液通过空间和静电排斥防止纳米片的团聚，促进高浓度纳米材料分散体的生产。层状前体材料的湍流、剪切辅助的液体剥离通过促进混合并产生足够高的剪切速率以克服平面外的范德华键来产生无缺陷的纳米片。在存在液-气界面的情况下，在湍流中使用表面活性剂的结果是形成泡沫。在该实验研究中，使用经修改以跨雷诺数操作的厨房搅拌机$Re \sim 10^{5} - 10^{6}$将石墨颗粒批量剥离成少层石墨烯。在湍流操作过程中的泡沫形成被发现影响液体剥离过程的流体力学。对石墨颗粒运动的测量表明，表面活性剂浓度改变了动态条件下混合物的流变性，并改变了装置内的材料流动模式。结果，使石墨烯浓度最大化的表面活性剂浓度是非唯一的。这突出表明，表面活性剂的设计和选择应同时考虑分子尺度的排斥效果和液体剥离过程的宏观流体动力学。此外，在含水表面活性剂中批量剥离期间存在的多相湍流和复杂流体为实现$\textit{in situ}$ 2D材料表征和质量控制带来了重大挑战。在这里，我们已经开发了一种协议，使在线紫外-可见-近红外光谱，以确定石墨烯生产和原子层数量的变化过程中。
2021-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Graphene nanoribbons for quantum electronics
石墨烯纳米带（GNR）是一类由石墨烯晶格雕刻而成的一维（1D）材料。GNR具有高迁移率和载流能力，相当大的带隙，以及由取向和开边结构定制的多功能电子特性。这些独特的性质使得GNRs成为有前景的电子应用的候选者，包括纳米尺寸的场效应晶体管（FET）、自旋电子器件和量子信息处理。要充分发挥GNR的潜力，对结构-性质关系的基本理解、原子结构的精确控制和规模化生产是主要挑战。在过去的几年中，已经取得了显着的进展，原子精确的自下而上的GNR和异质结的合成，提供了一个理想的平台，功能分子器件，以及成功的生产半导体GNR阵列的绝缘基板上潜在的大规模数字电路有用。随着研究的不断深入，GNRs有望成为未来量子信息科学中极具竞争力的候选材料。在这方面，我们回顾了GNR研究的最新进展，并确定了在不久的将来可能发展的关键挑战和新方向。
2021-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Directed self-organization of graphene nanoribbons on SiC
后CMOS石墨烯电子器件的实现需要生产半导体石墨烯，这是一个劳动密集型过程。我们提出了通过常规光刻和微电子处理来定制碳化硅晶体，以使得能够在4 H-SiC {1- 10 n}（n = 8）晶面而不是常规的{0001}平面上模板化石墨烯生长。这允许石墨烯纳米带的自组织生长，其尺寸由刻面的尺寸限定。通过拉曼光谱和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）测量证实了优先生长，并给出了原型石墨烯器件的电学特性。在0.24 cm 2 SiC芯片上制造> 10，000个顶栅石墨烯晶体管证明了该工艺的可扩展性，并代表了迄今为止报道的石墨烯器件的最高密度。
2010-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transport in gapped bilayer graphene: the role of potential fluctuations (Supplementary Information)
arXiv的在线补充信息：1008.0783
2010-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Selection and Characterization of Commercial Precursors, GIC-based, for Industrial Production of Bulk Graphene Nanoplatelets
石墨烯纳米片的形态和化学特性是定义这些颗粒在各种应用中的潜力的重要参数。本文首先进行了市场分析，以确定具有不同特性的商业CIG（石墨插层化合物），我们的选择是基于物理化学标准（如纯度，网眼，膨胀度）和商业（成本，可用性等）。这些材料先在实验室规模上进行膨胀和剥离，然后在工业中试工厂上进行，以研究石墨烯纳米片的最终特性以及它们与起始材料的关系。通过SEM、OM、XRD、PSA、BET等表征手段对剥离过程中所得到的材料和产物进行了表征，并对化学成分进行了分析。我们已经获得了具有不同化学-物理特性的颗粒，潜在地适用于要求改善导电性和导热性和/或机械增强和/或阻挡效应的应用
2020-07-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phonons of graphene and graphitic materials derived from the empirical potential LCBOPII
我们根据LCBOPII经验键级势给出了石墨和石墨烯的原子间力常数和声子色散。我们发现一个很好的协议与实验结果，特别是在比较其他键级电位。根据弯曲模式，我们确定石墨烯在零温度下的弯曲刚度为0.69 eV。我们讨论了这个常数随温度的大幅增加，并认为从实验值推导力常数应考虑到这一特点。我们还研究了其他石墨系统，包括多层石墨烯，我们表明，分裂的弯曲模式可以提供一个工具的表征。
2010-10-27 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
Carrier scattering, mobilities and electrostatic potential in mono-, bi- and tri-layer graphenes
系统地研究了单层、双层和三层石墨烯的霍尔迁移率随载流子浓度和温度的变化关系。我们发现，随着载流子密度的增加，单层石墨烯的迁移率降低，而双层/三层石墨烯的迁移率增加。这可以通过单层和双层/三层石墨烯中的不同态密度来解释。在单层中，迁移率也随着温度的升高而降低，主要是由于表面极性衬底声子散射。另一方面，在双层/三层石墨烯中，迁移率随温度增加，因为衬底表面声子的场被附加的石墨烯层有效地屏蔽，并且迁移率由库仑散射主导。我们还发现，在单层，双层和三层石墨烯的霍尔系数的温度依赖性可以解释的形成的电子和空穴在石墨烯中的水坑。该模型还解释了单层、双层和三层石墨烯的最小电导的温度依赖性。提取不同石墨烯样品之间的静电势变化。
2009-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The exchange-correlation potential correction to the vacuum potential barrier of graphene edge
我们分别研究了氢、氧、羟基和醚基封端的石墨烯边缘的真空势垒。研究发现，交换关联势修正对电负性大于碳的边缘结构具有重要意义。修正后的局部功函数下降了1以上。eV的O终止的边缘，而H和OH终止的边缘的局部功函数保持不变。
2011-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The catalytic potential of high-k dielectrics for graphene formation
通过透射电子显微镜显示了在低温下在MgO和ZrO 2上的单层和多层石墨烯纳米片的生长。石墨烯纳米片普遍锚定在MgO（100）表面上的台阶边缘处。密度泛函理论研究表明，MgO（100）在台阶边缘有C2H2分解和碳吸附。因此，实验和理论数据都突出了MgO上石墨烯生长的台阶位置的重要性。
2011-02-25 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
Impact of chemical potential on the reflectance of graphene in the infrared and microwave domains
在狄拉克模型的框架下，考虑到石墨烯的实际性质，如非零的化学势和带隙，在任何温度下，石墨烯的反射率进行了研究。为此目的，已经使用了石墨烯片上的电磁波的精确反射系数，该反射系数通过极化张量并且最终通过石墨烯的电导率来表示。石墨烯的反射率被计算为在不同温度和带隙参数值下的频率和化学势的函数。在红外区域，石墨烯的电导率虚部消失的点处，反射率达到最小值。对于带间隙的石墨烯，在电导率的虚部发散的点处达到等于1的最大反射率。计算结果表明，带隙和化学势之间的一个有趣的相互作用，在它们的反射率的组合效果。具体地，存在宽的频率间隔，其中石墨烯的反射率随着化学势的增加和带隙的减小而增加。数值计算发现，在其适用范围内的解析渐近表达式是在很好的协议。列出了几个技术领域，其中所获得的结果可以使用。
2018-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Variability Effects in Graphene: Challenges and Opportunities for Device Engineering and Applications
石墨烯中的可变性效应可以由周围环境和石墨烯材料本身引起，这形成了检查石墨烯装置用于大规模生产的可行性的关键问题。从可靠性和成品率的角度来看，这些可变性会导致器件性能的波动，这应该通过器件工程来最小化。然而，从计量学的角度来看，可变性效应可以用作新的探测机制，其中“信号波动”可以用于潜在的感测应用。本文介绍了石墨烯的可变性效应的概述，重点是它们的挑战和机遇，器件工程和应用。讨论可以扩展到其他薄膜，纳米线和纳米管器件具有类似的可变性问题，形成评估新兴技术的承诺的普遍兴趣。
2013-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of multi Dirac fermion cloning induced by moiré potential in graphene-SiC heterostructure
我们用角分辨光电子能谱重新研究了SiC衬底上石墨烯的电子结构。我们直接观察到狄拉克锥的多重克隆，除了以前归因于重建。Dirac锥复制品的位置、相对距离和各向异性与石墨烯-SiC异质结构的莫尔条纹完全一致。我们的结果提供了一个简单的例子莫尔势调制的狄拉克费米子的工程电子结构。
2021-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generation of Multiple Dirac Cones in Graphene under Double-periodic and Quasiperiodic Potentials
研究了双周期和准周期超晶格势作用下石墨烯中新Dirac锥的产生。我们首先表明，双周期的潜力产生的狄拉克锥零星，丢番图方程，尽管事实上，双周期的潜力也是周期的，以前的研究预测连续出现的锥。零星的外观是由于石墨烯的色散关系仅在能量截止之前是线性的。然后，我们表明，准周期势产生新的狄拉克锥密集与它的密度依赖于能量。我们还将上述预言推广到具有不同线性色散截止能量的狄拉克电子的其它材料。
2013-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Gaussian Stiffness of Graphene deduced from a Continuum Model based on Molecular Dynamics Potentials
我们考虑具有原子相互作用的石墨烯片的离散模型，该模型由第二代布伦纳势的谐波近似控制，该势取决于键长、键角和两种类型的二面角。一个连续极限，然后推导出充分描述的弯曲行为。特别是，我们推导出第一次的高斯刚度，一个几乎没有调查的参数统治的波纹的石墨烯，其中矛盾的值已在文献中提出的解析表达式。我们揭示了原子尺度的弯曲和高斯刚度的来源，并为他们提供定量评价。
2017-04-06 cond-mat.mes-hall 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
Structural and Electronic Properties of Graphene and Graphene-like Materials
利用全势密度泛函理论计算，我们研究了石墨烯和其他一些石墨烯类材料的结构和电子性质，SiC、GeC、BN、AlN、GAN、ZnO、ZnS和ZnSe的单层。我们希望，随着材料合成技术的进步，在不久的将来，一些这些新材料将被合成，在各种纳米器件的潜在应用。
2012-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dissociative Mechanism from NH3 and CH4 on Ni-Doped Graphene: Tuning Electronic and Optical Properties
本研究结合DFT与SCC-DFTB多尺度模拟，揭示镍掺杂石墨烯对NH3和CH4吸附解离及氢透射的增强作用，证明其在气体分离、制氢和高灵敏传感中的优势。
2025-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Optimized Tersoff and Brenner empirical potential parameters for lattice dynamics and phonon thermal transport in carbon nanotubes and graphene
我们研究了常用的Tersoff和Brenner经验原子间势的背景下的声子分散在石墨烯。我们已经找到了一个参数集，为每个经验势，提供了改进的拟合一些结构数据和平面内的声子色散数据的石墨。这些优化的参数集产生的值的声学声子的速度与测量数据更好地吻合。它们还提供了单壁碳纳米管中的晶格热导率值，与从原始参数集获得的值相比，这些值得到了相当大的改善。
2010-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microfluidization of graphite and formulation of graphene-based conductive inks
我们报道了在高剪切速率[ $\sim10^8s^{-1}$ ]湍流条件下石墨在水溶液中的剥离，剥离产率为100%。使用羧甲基纤维素钠盐以高达100 g/L的浓度稳定该材料而无需离心，以配制导电可印刷油墨。刮刀涂布的膜的薄层电阻低于$\sim2Ω/\square$。这是用于柔性电子产品中大面积印刷的石墨烯基导电油墨的简单且可扩展的生产路线。
2016-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Control and Characterization of Individual Grains and Grain Boundaries in Graphene Grown by Chemical Vapor Deposition
对石墨烯的强烈兴趣已经推动了高质量石墨烯和石墨烯器件的可规模化生产。由于迄今为止合成的大规模石墨烯膜通常是多晶的，因此表征和控制通常被认为会降低石墨烯质量的晶界是重要的。在这里，我们研究了单晶石墨烯颗粒的环境CVD多晶铜合成，并显示如何合并晶粒之间的个别边界影响石墨烯的电子特性。石墨烯晶粒与Cu基体没有明确的外延关系，可以穿过Cu晶界。这些晶粒的边缘被发现主要是平行于锯齿形方向。我们发现，晶界给出了一个显着的拉曼“D”峰，阻碍电输运，并诱导突出的弱本地化指示的谷间散射在石墨烯。最后，我们展示了一种使用预图案化的生长种子来控制石墨烯成核的方法，开辟了一条无晶界的单晶石墨烯器件的可扩展制造路线。
2011-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-Dimensional Potential Model for Image States on Free-Standing Graphene
在非局域介电理论的框架下，计算了超薄极化层附近电子的静态非局域自能，并将其应用于研究自支撑石墨烯附近的像态。通过数值求解一维薛定谔方程，得到了相应的本征值和本征函数序列。我们比较与Rydgberg的一系列完美的金属和测量的实验值上生长在Ir和Ru表面上的石墨烯层。对于独立的薄膜，与经典系列之间的结合能的状态的外观进行了讨论。
2013-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High quality monolayer graphene synthesized by resistive heating cold wall chemical vapour deposition
新兴的柔性和可穿戴技术，如医疗电子和能量收集设备，可以通过石墨烯的独特性能进行改造。石墨烯驱动的工业革命的愿景正在激励对（1）高质量和（2）低成本石墨烯合成的深入研究。热壁化学气相沉积（CVD）是最具竞争力的生长方法之一，但其长的处理时间与生产线不兼容。在这里，我们展示了使用比标准热壁CVD快100倍的技术生长高质量单层石墨烯，从而降低了99%的生产成本。拉曼光谱、原子力显微镜、扫描电子显微镜和电磁输运测量的全面互补研究表明，我们的冷壁CVD生长石墨烯具有与天然石墨烯相当的质量。最后，我们展示了第一个透明和灵活的石墨烯电容式触摸传感器，可以为机器人开发人造皮肤。
2015-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Controlled Growth of a Line Defect in Graphene and Implications for Gate-Tunable Valley Filtering
石墨烯的原子精确剪裁可以实现不寻常的传输路径和新的纳米级功能器件。在这里，我们描述了一个配方的控制生产的高度规则的“5-5-8”线缺陷的石墨烯通过同时电子辐射和焦耳加热所施加的电流。高分辨率透射电子显微镜揭示了生长过程的各个步骤。延伸早期的理论工作，提出谷判别能力的石墨烯5-5-8线缺陷，我们进行第一性原理计算的运输，并发现一个强大的能量依赖性的谷极化的载流子在整个缺陷。这些发现启发我们提出一个紧凑的静电门控“谷阀”设备，谷电子的关键组成部分。
2014-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Induced Charge Generated By The Potential Well In Graphene
考虑了由有限半径$R$的势阱在石墨烯中产生的感应电荷密度$ρ_{ind}(\bm r)$。$ρ_{ind}(\bm r)$的结果是针对大距离$r\gg R$导出的。我们还得到了感应电荷的半径$r\gg R$外，这个半径内的亚临界和超临界制度。的考虑是基于方便的代表性的感应电荷密度通过格林函数的电子在该领域。
2010-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-dependent Pseudospin Mixing in Graphene/Boron Nitride Moire Superlattices
石墨烯中的电子由具有双组分赝自旋的相对论性Dirac-Weyl旋量描述1 -12。狄拉克电子独特的赝自旋结构导致了新出现的现象，如无质量的狄拉克锥2，反常量子霍尔效应2，3和克莱因隧道4，5在石墨烯。操纵电子赝自旋的能力对于新型石墨烯电子学是高度期望的，并且它需要精确控制以在原子水平上区分两个石墨烯子晶格。石墨烯/氮化硼（石墨烯/BN）莫尔超晶格，其中由于B-N原子导致的快速子晶格振荡叠加在缓慢莫尔周期上，提供了一种有吸引力的方法来设计石墨烯中的电子赝自旋13 -18。这种不寻常的莫尔超晶格导致旋量势与不寻常的电子赝自旋杂交，这可以直接通过红外光谱探测，因为光学跃迁对激发态波函数非常敏感。在这里，我们进行石墨烯/BN异质结构的显微红外光谱，并证明莫尔超晶格势是由一个pseudospin-mixing组件类似于一个空间变化的伪磁场占主导地位。此外，我们表明，旋量势敏感地依赖于栅极诱导的载流子浓度在石墨烯，表明从电子-电子相互作用的旋量势的强重整化。我们的研究提供了更深入的理解下旋量莫尔势的石墨烯赝自旋结构，以及令人兴奋的机会，以控制赝自旋在二维异质结构的新型电子和光子纳米器件。
2014-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of the implantation of low energy boron and nitrogen ions into graphene
结合经典的分子动力学模拟和密度泛函理论总能量计算，研究了低能离子辐照下B/N原子掺杂石墨烯的可能性。我们的模拟表明，最佳的辐照能量为50 eV，N的取代概率为55%，B的取代概率为40%。我们进一步估计了在B/N离子辐照下出现不同缺陷组态的概率。我们分析了负责缺陷生产的过程，并报告了一个有效的快速的化学溅射机制，N照射在低能量（~125 eV），导致生产的单空位。我们的研究结果表明，离子辐照是一种很有前途的方法，用于创建混合C-B/N结构的未来应用领域的纳米电子学。
2011-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Imaging the potential distribution of individual charged impurities on graphene by low-energy electron holography
虽然成像个别原子可以常规地实现在高分辨率透射电子显微镜，可视化的电位分布的个别带电的吸附物导致的相移的探测电子波仍然是一个具有挑战性的任务。低能电子（30 - 250 eV）对局部电势梯度敏感。我们采用低能电子全息术来获取独立石墨烯上单个带电杂质的同轴全息图。通过应用迭代相位恢复重建程序，我们恢复了独立石墨烯上存在的局部带电杂质的电势分布。
2017-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Cyanographone and Isocyanographone $-$ two asymmetrically functionalized graphene pseudohalides and their potential use in chemical sensing
石墨烯拟卤化物是用于分子传感的天然候选物，这是由于与石墨烯卤化物和原始石墨烯两者相比，它们具有更大的化学活性。虽然他们的研究仍处于起步阶段，直到最近才因其合成的选择性和有效程序的不可用而受到阻碍，但他们有望大大拓宽化学改性石墨烯的应用潜力。在此，我们采用vdW-DFT研究的结构和电子性质的两个选定的石墨烯拟卤化物，即cyanographone和isocyanographone和调查的潜在用途，后者作为一个化学传感器通过电子输运计算。
2017-10-13 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
Conductivity of graphene in the framework of Dirac model: Interplay between nonzero mass gap and chemical potential
在考虑质量-间隙参数和化学势的情况下，建立了任意温度下石墨烯电导率的完整理论。石墨烯的面内和面外电导率都是通过（2+1）维时空中的极化张量分量解析地延拓到实频率轴来表示的。在零温度和非零温度下，得到了石墨烯电导率实部和虚部的简单解析表达式。它们表现出一种有趣的相互作用，取决于质量间隙和化学势的值。在局部极限，使用各种近似和唯象的方法得到的几个结果被复制，细化和推广。对石墨烯电导率的实部和虚部进行了数值计算，以说明所得结果。本文所得到的石墨烯导电率的解析表达式对于不同理论方法之间的比较以及实验与理论之间的比较具有指导意义。
2017-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Comment on "Potential Energy Landscape for Hot Electrons in Periodically Nanostructured Graphene"
在最近的一封信[物理。105（2010）036804]研究了钌上单层石墨烯的未占据电子态。在这里，我们评论的解释，这偏离了四点[J.物理：康登斯22（2010）302001]，并概述相应的后果。
2010-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of High-Quality Graphene through Electrochemical Exfoliation of Graphite in Alkaline Electrolyte
由于石墨烯的广泛应用，非常需要高质量和经济的合成石墨烯的方法。在这项研究中，我们报告了一种生产高质量石墨烯的成本效益和简单方法。这里的合成路线是基于石墨的电化学剥离。代替使用强酸（其氧化并破坏石墨烯的几何拓扑结构），我们使用碱性溶液（溶解在水中的KOH）作为电解质。TEM分析表明，所制备的石墨烯具有1-4层和大的横向尺寸（高达~18微米）。拉曼光谱分析显示了一个独特的特征。在石墨烯中总是存在的D峰在这里不存在。这表明通过本方法合成的石墨烯片中几乎不存在无序。对碱性电解液中的电化学剥离机理进行了初步探讨。
2013-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Transfer of graphene onto arbitrary substrates via sublimable carrier
石墨烯是一种由单层碳原子堆积成的二维晶体结构，由于其独特的结构和光学、电子学性质而引起了人们的广泛关注。化学气相沉积（CVD）的最新进展已经导致在金属箔上批量生产高质量石墨烯。然而，这些石墨烯从其生长基底转移到目标基底上的方式需要进一步的应用。在这里，我们报告了一种可升华的载体方法，该方法允许石墨烯以高质量转移到任意衬底上，包括半导体、金属和有机衬底。由于无聚合物工艺，解决了残留物和环境不友好的有机溶剂的固有问题。光学显微镜，扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱证明了高质量和清洁的表面转移的石墨烯。该工作为优化石墨烯的转移提供了一种新的途径，拓宽了石墨烯在大规模二维电子器件中的应用。
2020-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Graphene on Silicon toward Graphene-Silicon Fusion Electronics
石墨烯是一个有希望的竞争者，以接替硅在电子领域的宝座。为了实现这一目标，应该开发石墨烯在衬底上的大规模外延生长。在沿着这条线的各种方法中，通过表面层的热分解在SiC衬底上外延生长石墨烯已经证明其在质量和工艺可靠性方面都非常令人满意。通过调整石墨烯/SiC界面结构，甚至可以调制石墨烯的结构性质和电子性质。然而，这种SiC上石墨烯技术的挑战是放弃成熟的Si技术和SiC块状晶体的高生产成本。在这里，我们证明了在硅衬底上形成的外延石墨烯是可能的，通过石墨化外延SiC薄膜形成在硅衬底上。这种硅基石墨烯（GOS）方法使我们能够在Si衬底上形成大面积有序sp2碳网络薄膜，并基于该结构制造电子器件。
2010-01-27 cond-mat.mtrl-sci
A Gaussian Treatment for the Friction Issue of Lennard-Jones Potential in Layered Materials: Application to Friction between Graphene, MoS2 and Black Phosphorus
Lennard-Jones势被广泛用于描述石墨烯等层状材料中的层间相互作用。然而，众所周知，这种潜力大大低估了层状材料的摩擦性能。在这里，我们建议补充的Lennard-Jones潜在的高斯型的潜力，这使得更准确的计算二维层状材料的摩擦性能。此外，高斯势在计算上是简单的，因为它只引入了一个附加的势参数，该参数由层状结构中的层间剪切模式确定。将所得的Lennard-Jones-Gaussian势应用于计算石墨烯、MoS 2、黑磷及其异质结构的层间结合能和摩擦能。
2015-01-09 cond-mat.mtrl-sci
A Chemical Route to Graphene for Electronics and Spintronics Device Applications
用于器件制造的选择性高精度化学功能化策略的开发，结合用于以原子精度图案化石墨烯晶片的相关技术，将为后CMOS制造技术提供必要的基础。这需要彻底理解在亚纳米长度尺度下石墨烯的反应性和图案化的原理。本文回顾了我们对石墨烯化学原理的探索-即狄拉克点及以上的化学，以及共价化学对这种低维材料的电子结构，电输运和磁特性的影响，以便能够规模化生产石墨烯基设备用于低端和高端技术应用。
2014-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Flexible graphene transistors for recording cell action potentials
石墨烯溶液门控场效应晶体管（SGFET）由于石墨烯晶体管固有的高信号放大而成为用于记录细胞动作电位的有前途的平台。此外，石墨烯技术满足了体内应用的重要关键要求，例如生物相容性，机械柔性以及易于高密度集成。在本文中，我们展示了柔性阵列的石墨烯SGFET聚酰亚胺，生物相容性聚合物基板上的制造。我们研究了晶体管的介电常数和固有电子噪声，这是器件灵敏度的关键参数，确认所获得的值与刚性石墨烯SGFET的值相当。此外，我们表明，该设备在反复弯曲过程中不会降解，并且由石墨烯的电子性质决定的介电常数不受弯曲的影响。在细胞培养后，我们证明了从心肌细胞样细胞记录细胞动作电位，其具有比竞争的最新技术水平更高或相当的高信噪比。我们的研究结果突出了柔性石墨烯SGFET在生物电子学中的巨大能力，为体内实验和最终基于石墨烯的神经假体提供了坚实的基础。
2016-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid neural network potential for multilayer graphene
单层和多层石墨烯在电子器件、传感器、能量产生和存储以及医学等应用中是有前途的材料。为了对石墨烯基器件的机械和热行为进行大规模原子模拟，需要精确的原子间势。在这里，我们提出了一个新的原子间相互作用的多层石墨烯结构称为“hNN-Gr $_x$。“这种混合势采用神经网络来描述短程相互作用，并采用理论上的分析术语来模拟长程色散。的潜力是训练对单层石墨烯，双层石墨烯，石墨配置从从头算总能量计算的基础上密度泛函理论（DFT）的大型数据集。潜在的层内和层间相互作用提供准确的能量和力，正确地再现DFT结果的结构，能量和弹性性质，如平衡层间距，层间结合能，弹性模量，声子色散，它是不适合的。利用该势研究了空位对单层石墨烯热导率和双层石墨烯层间摩擦的影响。该势能可通过位于\url{https://openkim.org}的OpenKIM原子间势能库获得。
2019-11-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The classical molecular dynamics simulation of graphene on Ru(0001) using a fitted Tersoff interface potential
由于缺乏足够的界面势，弱结合的粘附复合物（如负载的石墨烯）的精确分子动力学模拟是具有挑战性的。取代广泛使用的Lennard-Jones势的弱和长程相互作用，我们使用一个新的参数化的Tersoff势的石墨烯/Ru（0001）系统。新的界面力场提供了足够的莫尔$\acute{e}$超结构，根据扫描隧道显微镜图像和DFT结果。特别地，发现$ξ\approx 1.0 \pm 0.2$ $\hboxÅ$的叠栅比DFT方法（$ξ\approx 1.2$ $\hboxÅ$）发现的略小，并且接近STM测量（$ξ\approx 0.8 \pm 0.3$ $\hboxÅ$）。新的潜力可以在石墨烯研究的许多领域中打开对具有足够的叠栅$\acute{e}$超晶胞的支撑石墨烯的大规模模拟的道路。此外，新的界面势可能提供了一个新的策略，在一般情况下，获得精确的相互作用势的弱结合的大规模系统中，原子动力学是不可访问的，但通过精确的DFT计算。
2013-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Dihedral-angle-corrected registry-dependent interlayer potential for multilayer graphene structures
多层石墨烯的结构弛豫在描述由连续层的故意未对准引起的有趣的电子性质中是必不可少的，包括最近报道的扭曲双层石墨烯中的超导性。如果没有精确的原子间相互作用势，这是很难做到的。在这里，我们提出了一个新的，依赖于注册表的Kolmogorov-Crespi型原子间相互作用的潜力模型在多层石墨烯结构的层间相互作用。它由两部分组成，分别代表由于色散引起的吸引相互作用和由于电子轨道各向异性重叠引起的排斥相互作用。一个重要的新功能是一个二面角依赖项，被添加到排斥部分，以正确地描述几个不同的堆叠状态，原来的Kolmogorov-Crespi潜在的无法区分。我们将新模型称为二面角校正的寄存器相关层间势（DRIP）。几个测试问题的计算表明，DRIP正确地再现结合，滑动和扭曲的能量和力从从头算总能量计算的基础上密度泛函理论。我们使用新的潜力来研究扭曲的石墨烯双层的结构特性和石墨烯从石墨的剥离。我们的潜力可以通过OpenKIM原子间潜力库https://openkim.org获得。
2018-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Microwave heating as a universal method to transform confined molecules into armchair graphene nanoribbons
扶手椅型石墨烯纳米带（AGNRs）具有中等的直接带隙，是制备新型纳米器件的潜在材料。AGNR通常通过在基底表面聚合前体分子来合成。但是，它很耗时，不适合大规模生产。AGNR也可以通过炉退火在单壁碳纳米管内转化前体分子来生长，但所获得的AGNR通常是扭曲的。在这项工作中，微波加热应用于前体分子转化成AGNRs。快速加热过程允许在几秒钟内合成AGNR。几种不同的分子被成功地转化为AGNRs，这表明它是一种通用的方法。更重要的是，拉曼光谱，像差校正的高分辨率透射电子显微镜和理论计算表明，较少扭曲的AGNRs合成的微波加热比炉退火。我们的研究结果揭示了一条快速大规模生产AGNRs的路线，这将有利于未来在新型AGNRs基半导体器件中的应用。
2023-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Ab-Initio Simulations of Deformation Potentials and Electron Mobility in Chemically Modified Graphene and two-dimensional hexagonal Boron-Nitride
我们提出了一个从头算研究的电子迁移率和电子-声子耦合的化学修饰的石墨烯，考虑氟化和氢化石墨烯在不同的覆盖率。还研究了卤化硼碳氮（h-BCN），因为研究界对这种材料的兴趣越来越大。特别地，形变势通过密度泛函理论（DFT）计算，而载流子迁移率根据Takagi模型（S. Takagi，A. Toriumi和H. Tango，IEEE Trans. Electr. Dev. 41，2363（1994））。我们将证明，氢化程度降低的石墨烯可以在流动性方面与硅技术竞争。
2011-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic mechanism of graphene growth on SiC substrate: Large-scale molecular dynamics simulation based on a new charge-transfer bond-order type potential
碳化硅的热分解是制备石墨烯的一种有前途的方法。然而，石墨烯的原子生长机制仍然不清楚。本文介绍了一种新的电荷转移原子间相互作用势的发展。具有各种各样的特征的碳键可以通过所提出的矢量化键级项来再现。大规模的热分解模拟使我们能够观察到多环碳结构的连续生长过程。退火模拟揭示了多环碳结构转变为仅涉及6元环的平坦石墨烯的原子过程。此外，发现碳化硅衬底的表面原子增强了均匀石墨烯的形成。
2018-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Graphene-based chemiresistive gas sensors
气体传感器是现代社会不可或缺的组成部分，在包括制造业，环境保护和控制，汽车等在内的一系列行业中都有应用。新的应用已经出现，需要新的材料。在这里，我们概述了气体传感的原理，重点是化学传感型器件。我们随后总结了石墨烯作为气敏材料的优势和用途，讨论了不同石墨烯生产方法的特性。最后，我们展示了一些最近的结果，这些结果指向石墨烯气体传感器的新应用，包括呼吸监测和手指接近检测。
2022-09-01 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
