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
Oxidation stability of confined linear carbon chains, carbon nanotubes, and graphene nanoribbons as 1D nanocarbons
三种典型的一维（1D）/准一维纳米碳，线性碳链，碳纳米管和石墨烯纳米带已被证明可以在单壁碳纳米管中生长。这就产生了三种类型的混合材料，它们的行为和性能相互比较还远未被理解。在最近发表的工作中证明这些纳米结构材料的合成是成功的之后，我们现在已经能够通过使用共振拉曼光谱系统地研究它们的氧化稳定性。令人惊讶的是，理论上预测非常不稳定的线性碳链实际上在碳纳米管主体的保护下在高达500 °C下是热稳定的。此外，在较窄的碳纳米管中较长的线性碳链比在较大的管中较短的线性碳链更稳定，这表明热稳定性不仅取决于单独的线性碳链的长度，但它是以更复杂的方式与宿主管的限制相关。此外，石墨烯纳米带总体上被认为是最稳定的受限结构。另一方面，（6，5）CNT相对于其（6，4）对应物的更高稳定性等特性使得这项研究为进一步研究这些1D纳米碳（包括真正的1D线性碳链）在环境条件下的应用提供了坚实的平台。
2021-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Characteristics of the Generation - Recombination Noise in Quasi-One-Dimensional Van der Waals Nanoribbons
我们描述的低频电流波动，即电子噪声，在准一维ZrTe 3范德华纳米带，最近引起了人们的注意，由于其非常高的载流能力。而低频噪声谱密度在室温附近显示1/f行为，它在低温下由生成-复合噪声的洛伦兹凸起主导（f是频率）。出乎意料的是，所观察到的洛伦兹峰的转角频率显示出对所施加的源极-漏极偏压的强敏感性。这种对电场的依赖性可以通过Frenkel-Poole效应来解释，在这种情况下，电压降主要发生在阻挡准一维导电通道的缺陷上。我们还发现，准一维ZrTe_3中G-R噪声特征频率的激活能主要由缺陷俘获截面的温度依赖性决定，而不是由它们的能量位置决定。这些结果对于准一维范德华材料在最终缩小尺寸的电子学中的应用具有重要意义。
2018-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlling transport properties of graphene nanoribbons by codoping-induced edge distortions
锯齿形石墨烯纳米带（zGNRs）中特有的边缘局域态的一个显著表现是氮（硼）边缘掺杂的GNRs的p型（n型）特性，并且这种行为到目前为止被认为是zGNRs所独有的。进行第一性原理电子结构和量子输运计算，我们在这里表明，施主-受主跃迁行为也可以出现在B/N边缘掺杂扶手椅型GNRs（aGNRs）通过引入一个双极性P共掺杂原子到能量最有利的最近邻边缘网站。B，P（N，P）共掺杂的aGNR的n型（p型）传输性质也显示优于参考单N（B）掺杂的aGNR的那些，因为更好地保留了价（导）带边电导谱。解开的化学掺杂和结构畸变效应，我们将证明，后者起着重要的作用，在确定的运输类型，并解释了施主-受主转换功能，以及P-掺杂的aGNRs的双极性字符。因此，我们提出了系统的修改GNR边缘原子结构通过共掺杂作为一种新的方法来控制aGNR的电荷传输特性。
2015-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-monotonic resistance noise in the charge density wave pinned state in single nanoribbons of CDW conductor NbSe$_{3}$
电输运和宽带电阻噪声测量在超低频窗口（30 mHz - 8 Hz）的电荷密度波（CDW）导体NbSe $_{3}$的单纳米器件进行。在温度和电场范围内，预计CDW将被残余杂质完全钉扎，观察到迄今未见的噪声幅度与电场的非单调行为。这种行为可以归因于热激活的相位滑移事件的扩散，并且这种想法由Dutta-Horn关系描述的涂抹激活行为的观察所支持。噪声幅度的温度依赖性的某些特征不遵循指向CDW系统中的波动的复杂起源的激活行为。
2014-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Iodine versus Bromine Functionalization for Bottom-Up Graphene Nanoribbon Growth: Role of Diffusion
确定性的自下而上的方法，用于合成原子定义良好的石墨烯纳米带（GNR）在很大程度上依赖于表面催化活化的分子前体中的选定的不稳定键，然后逐步生长聚合和环化脱氢。虽然大多数成功的GNR前体依赖于热不稳定C-Br键的均裂，但较弱C-I键的引入提供了可以在显著较低温度下聚合的单体的途径，从而有助于增加GNR合成工艺的灵活性。扫描隧道显微镜（STM）成像的分子前体，活化的中间体，和聚合物产生的逐步热退火的Br和I取代的前体的人字形GNRs显示，两种前体的聚合在Au（111）在相似的温度下进行。这一观察结果是一致的扩散限制聚合的表面稳定的自由基中间体，出现从均裂的C-Br或C-I键。
2017-03-27 cond-mat.mes-hall
Transformation of a graphene nanoribbon into a hybrid 1D nanoobject with alternating double chains and polycyclic regions
分子动力学模拟表明，在高分辨透射电子显微镜中，具有一个和三个六边形宽度的交替区域的石墨烯纳米粒子可以在电子辐照下转变为具有交替的双链和多环区域的混合一维纳米物体。提出了一种利用Ullmann偶联和脱氢反应合成这种纳米颗粒的方案。反应REBO-1990 EVC电位适用于碳氢系统的模拟，并与CompuTEM算法结合使用，用于模拟电子辐照效应。发现新的混合1D纳米物体的形成的原子机制如下。首先，氢通过电子碰撞被去除。然后碳原子之间的键的自发断裂导致石墨烯纳米颗粒的狭窄区域分解成双链。同时发生多环区域的热激活生长。密度泛函理论计算给出了与这种机制相一致的多环区域生长路径上的势垒。新的一维纳米物体的电子性质被证明是强烈的边缘磁性的影响，使这种纳米结构有前途的纳米电子和自旋电子学应用。这里提出的合成1D纳米物体的方法可以被认为是生产纳米物体和大分子的一般三阶段策略的一个例子。1)通过传统的化学方法合成前体，2）将前体置于HRTEM中，电子能量仅足以去除氢原子，3）作为氢去除的结果，前体变得不稳定或亚稳定并转化为新的纳米物体或大分子。
2021-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exceptional ballistic transport in epitaxial graphene nanoribbons
在过去的十年里，石墨烯电子学推动了石墨烯科学的发展。主要目标是开发具有足够大的带隙的高迁移率半导体石墨烯以用于高性能应用。石墨烯带被认为是具有这些特性的半导体，然而，生产具有有用的带隙和高迁移率的带的努力取得了有限的成功。我们在这里表明，高质量的外延石墨烯纳米带40纳米宽，退火的边缘，侧壁SiC上生长的不是半导体，但单通道室温弹道导体的长度高达至少16微米。已经观察到对应于低于1欧姆的薄层电阻的超过一百万的迁移率，从而超过二维石墨烯3个数量级，并且超过完美石墨烯的理论预测10倍以上。石墨烯带表现为电子波导或量子点。我们发现，在这些带中的运输是由两个组件的基态横向波导模式，一个是弹道和温度无关，和第二热激活组件，似乎是弹道在室温下和绝缘在低温下。在室温下，两种组分的电阻随着长度的增加而突然增加，一种在160 nm的长度处，另一种在16微米处。这些性质似乎与电荷中性带中的最低能量量子态有关。由于外延石墨烯纳米带易于以数千计生产，因此它们的室温弹道输运性质也可用于先进的纳米电子学中。
2013-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Breakdown Current Density of Graphene Nano Ribbons
石墨烯纳米带（GNRs）的宽度低至16 nm的特征在于其载流能力。研究发现，GNR具有令人印象深刻的击穿电流密度，约为10^8 A/cm 2。击穿电流密度被发现有一个倒数关系GNR电阻率和数据拟合点焦耳加热作为击穿的可能机制。GNR的优异载流能力将对其在片上电互连中的应用具有价值。发现亚20 nm石墨烯带的热导率大于1000 W/m-K。
2009-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scanning gate microscopy mapping of edge current and branched electron flow in a transition metal dichalcogenide nanoribbon and quantum point contact
我们研究了扫描门显微镜（SGM）电导映射的$\mathrm{MoS}_2$锯齿形带利用紧束缚和连续模型。我们表明，即使一个原始的nanoriginal的边缘模式是强大的背散射的潜在的尖端诱导，电导映射揭示存在的边缘模式和量化的自旋和谷电流携带模式。通过检查从分裂栅量子点接触（QPC）的电子流，我们发现，映射的电流流动允许确定量子点接触中的量子化的性质，因为自旋轨道耦合强度影响电流退出收缩的分支的数量。在电导映射中发现的径向电导振荡条纹揭示了对应于自旋和谷相反模式的载流子的两种可能的波矢量的存在。最后，我们表明，无序诱导谷混合导致的径向条纹的跳动模式。
2020-05-15 cond-mat.mes-hall
MoRe Electrodes with 10-nm Nanogaps for Electrical Contact to Atomically Precise Graphene Nanoribbons
本文使用超导合金MoRe和Pd与9原子宽扶手椅型石墨烯纳米带建立电接触，开发PMMA辅助转移技术并制备了10 nm间隙的针状电极，在基于GNR-MoRe的晶体管中观测到热激活的栅极可调电导。
2023-06-28 cond-mat.mes-hall
Graphene-on-Diamond Devices with Enhanced Current-Carrying Capacity: Carbon sp2-on-sp3 Technology
石墨烯因其优异的电学和热学性能而显示出潜在的实际应用价值。构建在常规SiO2/Si衬底上的典型石墨烯场效应晶体管和互连揭示了大约1 uA/nm 2（即10^8 A/cm 2）的击穿电流密度，其比金属的基本极限大~100 \times，但仍小于碳纳米管中实现的最大值。我们表明，通过用合成金刚石取代SiO2，即使在环境条件下，也可以将石墨烯的载流能力大幅提高至高达~18 uA/nm 2。我们的研究结果表明，石墨烯的电流诱导击穿是热激活的。我们还发现，石墨烯的载流能力不仅可以在单晶金刚石衬底上提高，而且可以在廉价的超纳米晶金刚石上提高，该超纳米晶金刚石可以在与传统Si技术兼容的工艺中生产。后者是由于在升高的温度下的超纳米晶金刚石层的热阻降低。所获得的结果对于石墨烯在高频晶体管、互连、透明电极中的应用是重要的，并且可以导致新的平面sp2-on-sp3碳-碳技术。
2012-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dielectrophoretic Assembly of High-Density Arrays of Individual Graphene Devices for Rapid Screening
我们建立了使用介电泳的个别薄片和纳米带的少层石墨烯到电子器件的定向平行组装。这是一种自下而上的方法，其中预制源极和漏极，并且使用施加在电极之间的交变电场从溶液中沉积薄片。这些器件的特征在于扫描电子显微镜，原子力显微镜，拉曼光谱和电子输运测量。它们被证明是电活性的，其载流能力和随后的故障机制被揭示。类似于碳纳米管，我们表明，介电电泳沉积是自我限制的一个薄片每个设备，并可扩展到超大规模的集成密度，从而使大量的设备的快速筛选。
2009-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ballistic to diffusive crossover of heat flow in graphene ribbons
纳米材料中的热流是一个重要的研究领域，具有基础和技术意义。然而，很少有人知道在二维（2D）设备或互连的尺寸相当于声子平均自由程（MFP）的热流。在这里，我们发现短的四分之一微米的石墨烯样品在室温下达到了弹道热导极限的35%，这是由衬底支撑的石墨烯中相对较大的声子mfp（~100 nm）实现的。相比之下，将类似的样品图案化成纳米带（GNRs）导致由带宽度和边缘无序控制的扩散热流状态。在边缘控制状态下，GNR热导率随宽度的变化近似为~W^{1.8+/-0.3}，在室温下，在65 nm宽的GNR中约为100 W/m/K。在声子mfp的尺度上操纵器件尺寸可以用来实现对它们的载热性质的完全控制，接近基本上有限的上限或下限。
2013-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
