A Wide Optical-Gap in Fully $sp^3$-Like Hydrogenated Monolayer Graphene
Università degli Studi di Roma Tre（罗马第三大学）；INFN Sezione di Roma Tre（意大利国家核物理研究所罗马三分部）；Graphene Labs, Istituto italiano di tecnologia（意大利理工大学石墨烯实验室）；Sapienza Università di Roma（罗马智慧大学）
通过光谱表征，报道了完全sp^3杂化的氢化单层石墨烯具有6.3 eV的宽光学带隙，并揭示了氢化形态的共存。
2026-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Single-atom spectroscopy of phosphorus dopants implanted into graphene
现代半导体技术成功背后的关键之一是硅的离子注入，这使得其电子特性可以定制。出于类似的目的，在生长期间和使用生长后方法都将杂原子引入碳纳米材料中。然而，由于样品的性质，确定杂原子是否已按预期并入晶格中具有挑战性，迄今为止直接观察仅限于N和B掺杂剂以及附带的Si杂质。此外，由于需要非常低的离子能量和原子级清洁的表面，这些材料的离子注入更具挑战性。在这里，我们提供了第一个原子分辨率成像和电子能量损失谱（EELS）的证据，磷原子纳入石墨烯晶格的低能离子辐照。测得的P的单原子EELS光谱图的L-边缘响应显示出良好的协议与从头算光谱模拟，最终确定在一个屈曲的替代配置的P。我们的研究结果证明了磷作为$sp^2$键合碳结构中的晶格掺杂剂的可行性，并为进一步的研究提供了明确无误的指纹。
2016-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Bandgap in orthorhombic thin lead halide perovskite (CsPbBr3) nanosheets measured from STEM-EELS
无机卤化铅钙钛矿由于其带隙可调谐性、高光致发光量子产率和窄发射线宽而成为光电应用的有希望的候选者。特别地，它们提供了改变作为卤化物组成和纳米级晶体的尺寸/形状的函数的带隙的可能性。在这里，我们提出了一个像差校正扫描透射显微镜（STEM）的研究扩展纳米片的CsPbBr 3直接展示其正交晶体结构和它们的横向终止与Cs-Br平面。通过单色电子能量损失谱（EELS）测量来自各个纳米片的带隙。我们发现的带隙的增加开始在厚度低于10 nm，证实了不太戏剧性的效果相比，在量子点中观察到的3D限制的纳米片中的1D限制，如预测的密度泛函理论计算和光谱数据从合奏测量。
2020-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Cathodoluminescence, light injection and EELS in STEM: From comparative to coincidence experiments
Univ. Paris-Saclay, CNRS（巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心）
本文综述了在扫描透射电子显微镜中结合阴极发光、光注入和电子能量损失谱的纳秒至飞秒时间符合实验方法，重点介绍其在纳米光学中的应用、所需仪器改造及发展前景。
2025-11-10 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Advanced Spectroscopic Analyses on a:C-H Materials: Revisiting the EELS Characterization and its Coupling with multi-wavelength Raman Spectroscopy
本研究通过等温退火结合 EELS 与多波长拉曼光谱，局部和宏观分析 a:C-H 薄膜化学演变，提出可靠定量提取化学信息的新方法，并评估经验模型，证明联合分析的必要性。
2025-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Changing character of electronic transitions in graphene: From single particle excitations to plasmons
在本文中，我们澄清了原始石墨烯中的$π$和$π+σ$电子激发的性质。我们清楚地表明，从单个粒子的连续过渡到集体性质的这种激发和屏蔽如何修改他们的色散关系。我们证明了$π$和$π+σ$等离子体确实存在于石墨烯中，虽然只发生在特定范围的波矢和有限的阻尼率。特别注意的是比较的理论结果与现有的EELS测量光学（$\mathrm{Q\approx 0}$）和其他（$\mathrm{Q\neq 0}$）的限制。基于微观数值结果的结论，在一个近似的解析方法中得到了证实。
2015-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmons dispersion and nonvertical interband transitions in single-crystal Bi2Se3 investigated by electron energy loss spectroscopy
用电子能量损失谱结合扫描透射电子显微镜（S）TEM-EELS研究了Bi_2Se_3单晶的等离子体激元色散和非垂直带间跃迁。在STEM-EELS光谱和真实空间中的相应光谱成像中证实了体积等离子体激元（在7 eV处的π等离子体激元和在17 eV处的π+σ等离子体激元）和表面等离子体激元（~5.5和10 eV）。在倒易空间中的进一步EELS实验中，动量相关光谱揭示了π和π+σ等离子体之间非常不同的色散行为，π+σ等离子体显示出典型的二次依赖性，而π等离子体表现出类似于石墨烯的线性色散。此外，还观察到了0.7~ 1.6eV的低能激发，这是由于沿γ-F方向的非垂直带间跃迁引起的。
2013-01-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Coupling and decoupling of bilayer graphene monitored by electron energy loss spectroscopy
利用空间分辨EELS研究双层石墨烯层间耦合与解耦，发现光学吸收峰源于杂化范霍夫奇点间激子跃迁并随扭转角移动，且金属氯化物插入vdW间隙会导致BLG解耦及vHS峰消失。
2023-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Probing the photonic local density of states with electron energy loss spectroscopy
电子能量损失谱（EELS）在透射电子显微镜中进行直接呈现光子局域态密度（LDOS）与前所未有的空间分辨率，目前低于纳米。详细讨论了两种特殊情况：（i）电子沿平移对称轴运动的二维光子结构和（ii）垂直入射下的准平面等离子体结构。一般的纳米光子学和等离子体激元学特别应该受益于这些结果，这些结果将EELS的无与伦比的空间分辨率与其探测光子LDOS等基本光学特性的能力联系起来。
2007-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Structure and Electronic States of a Graphene Double Vacancy with an Embedded Si Dopant
硅代表石墨烯中常见的本征杂质，通常分别与单碳空位或双碳空位中的三个或四个碳相邻物键合。我们采用密度泛函理论（DFT）研究了后一种缺陷（Si-C $_4$）对石墨烯结构和电子性质的影响。已经进行了基于分子模型和周期性边界条件的计算。二碳空位由芘（芘-2C）构成，然后扩展为环芘-2C。这些情况下的结构表征表明，基态是轻微的非平面，与键合碳从平面位移高达$\pm$ 0.2埃。通过将缺陷嵌入石墨烯的10 $\times$ 8超晶胞中来确认这种非平面结构，导致比先前考虑的平面结构低0.22 eV的能量。自然键轨道（NBO）分析表明非平面结构的硅原子上的sp $^3$杂化和平面结构的sp $^2$ d杂化。原子分辨电子能量损失谱（EELS）和相应的光谱模拟提供了一个混合的图片：一个平坦的结构提供了一个稍微好一点的整体光谱匹配，但一个小的观察到的前峰只存在于波纹模拟。考虑到两个等效波纹构象之间的能量势垒很小，这两种结构都可以在几秒钟的实验时间尺度上作为叠加存在。
2017-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale structural and electrical properties of graphene grown on AlGaN by catalyst-free chemical vapor deposition
石墨烯（Gr）与氮化物半导体的集成对于高功率/高频电子学和光电子学中的应用是非常有趣的。在这项工作中，我们证明了在1350°C的温度下通过丙烷（C3 H8）化学气相沉积（CVD）在Al0.5Ga0.5N/蓝宝石模板上直接生长Gr。在优化C3 H8流速后，实现了均匀且保形的Gr覆盖，这被证明有利于防止AlGaN形貌的退化。X射线光电子能谱（XPS）显示Ga的损失和部分氧化的Al在近表面的AlGaN区域。这种化学改性的2 nm厚的AlGaN表面区域被证实通过截面扫描透射电子显微镜（STEM）结合电子能量损失谱（EELS），这也表明存在的Gr与部分sp2/sp3杂化的双层。拉曼光谱表明，沉积的Gr是纳米晶（与域大小为7 nm）和压缩应变。通过四点探针测量评价了15.8kOhm/sq的Gr薄层电阻，这与这些膜的纳米晶性质一致。此外，纳米级分辨率的电流映射由导电原子力显微镜（C-AFM）表示Gr载流子密度在介观尺度的局部变化，这可以归因于电荷从衬底转移的变化，由于AlGaN的局部氧化或Gr皱纹的存在。
2020-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Site-Specific Orbital Symmetry Breaking in Epitaxial Graphene on Silicon Carbide
本研究通过EELS和从头计算揭示SiC上外延石墨烯缓冲层中四分之一碳原子与硅成键诱导sp³杂化，淬灭π态并破坏对称性，为低能耗晶体管界面设计提供定量基础。
2026-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and optical properties of Graphene Monoxide
基于密度泛函理论，首次对一氧化石墨烯这一新型半导体材料的电子和光学性质进行了理论研究。电子计算表明，带隙为0.952 eV，这表明一氧化石墨烯是直接带隙半导体。给出了一氧化石墨烯的态密度以及C和O的分态密度，以了解电子结构。此外，我们还计算了一氧化石墨烯的光学性质，包括复介电函数、吸收系数、复折射率、损耗函数、反射率和电导率。这些结果为在光电子器件中的潜在应用提供了物理基础。
2012-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Band Gap Opening and Optical Absorption Enhancement in Graphene using ZnO Nanoclusters
采用第一性原理密度泛函理论研究了石墨烯/ZnO异质结构的电子、光学和输运性质。结果表明，Zn 12 O 12在石墨烯中的禁带宽度为14.5meV，在可见光至红外波段的吸收率提高了1.67倍，并表现出轻微的非线性I-V特性。这些发现设想石墨烯/Zn 12 O 12异质结构可以适用于能量收集、光电探测和光化学器件。
2017-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Patterning and tuning of electrical and optical properties of graphene by laser induced two-photon oxidation
石墨烯是一种稳定、耐用、柔性、透明的材料，具有优异的导电性和不寻常的光学性质，在电子学、光子学和光电子学中有着许多新的应用。对于电子学中的应用，电性质的图案化和改性是非常期望的，因为原始石墨烯没有带隙。在这里，我们展示了一个简单的全光学图案化方法的石墨烯，基于激光诱导双光子氧化。通过调节照射强度和脉冲数，可以高精度地控制氧化水平，因此可以引入带隙，并且可以连续地调节电学和光学性质。可以对空气悬浮单层石墨烯或基底上的石墨烯进行任意复杂的图案化。该方法在室温下在环境空气中工作，并且不需要额外的处理步骤。所提出的概念允许用全光学方法开发全石墨烯电子和光电子器件以及复杂电路。
2014-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductance at the graphene-SiO2 interface measured by optical pump-probe spectroscopy
我们研究了通过机械剥离石墨在熔融SiO2衬底上制备的单层和多层石墨烯样品的界面热导率σint。通过使用超快光泵浦脉冲并监测皮秒时间尺度上的瞬态反射率，我们获得了石墨烯-SiO2系统的平均σint为5，000 W/cm 2K。我们观察到单个样品之间的σint的显著变化，但没有发现石墨烯层厚度的系统依赖性。
2010-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Quantum-dot states and optical excitations in edge-modulated graphene nanoribbons
我们从第一性原理研究了边缘调制扶手椅型石墨烯纳米带的电子和光学性质，包括准粒子修正和激子效应。利用带能隙的振荡行为，我们表明，最小的宽度调制是足够的，以获得电子和空穴的限制，从而形成具有独特性质的光学活性量子点，如点状和扩展激发的共存和光谱的精细可调谐性，具有巨大的光电应用潜力。
2011-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Imaging Nanoscale Carrier, Thermal, and Structural Dynamics with Time-Resolved and Ultrafast Electron Energy-Loss Spectroscopy
California Institute of Technology（加州理工学院）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
本综述介绍了时间分辨和超快电子能量损失谱（EELS）在理论和仪器上的最新进展，阐述了其从低损耗等离激元到核心能级激发的光谱计算与解释方法，并探讨了电子束单色化等新兴技术的未来方向，确立了该技术在揭示量子材料和太阳能转换器件纳米尺度动态过程中的关键地位。
2025-10-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
A first principles investigated optical spectra of oxizided graphene
利用密度泛函理论，对石墨烯中单、双、三、四空位的电子和光学性质进行了比较研究。此外，氧化的单空位被认为是不同的氧浓度。原始石墨烯被发现是更吸收比任何缺陷配置在低能量。我们展示了能量高达3 eV的各种缺陷的光谱中的特征差异。这使得可以通过光谱学来量化样品中存在的缺陷物质的比率。
2013-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-linear graphene optics for terahertz applications
简要介绍了石墨烯的线性电动力学性质--频率依赖电导率、透射光谱和集体激发。考虑自洽场效应和磁场的影响，研究了石墨烯的非线性倍频效应。预测的现象可用于创建微波和太赫兹光学和电子学的新器件。
2008-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear magneto-optic effects in doped graphene and gapped graphene: a perturbative treatment
研究了垂直磁场作用下带隙石墨烯和掺杂石墨烯的非线性磁光响应。电子态用朗道能级描述，电子在光场中的动力学通过求解运动方程中的密度矩阵得到。在狄拉克点附近的线性色散近似，线性电导率和三阶非线性电导率的数值计算红外频率。研究了三次谐波产生、克尔效应、双光子吸收和四波混频等非线性现象。所有的光学电导率显示出强烈的依赖于磁场。在弱磁场下，我们对掺杂石墨烯的研究结果与文献中的结果一致。我们还提出了带隙石墨烯的电导率的光谱。在强磁场下，三阶电导率随磁场和光子能量的变化而出现峰值。这些峰是由不同朗道能级之间的共振跃迁引起的。分析了谐振通道、峰值位置和发散角。电导率可以被极大地修改，高达数量级。研究了电导率与能隙参数和化学势的关系。
2018-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Coherent electronic transport through graphene constrictions: sub-wavelength regime and optical analogies
石墨烯的二维性质与今天的光刻相结合，可以实现比狄拉克电子波长更小的纳米电子器件。在这里，我们表明，在这些石墨烯亚波长纳米器件的电子量子输运性质提出了深刻的类比与经典现象的亚波长光学。通过引入电子衍射势垒的概念来表示收缩效应，我们可以很容易地描述丰富的纳米器件中丰富的输运物理：从石墨烯狭缝中的Bethe和Kirchhoff衍射，到纳米带中的Fabry-Perot干涉振荡。同样的概念也适用于石墨烯量子点，并为这些系统的最新实验提供了新的启示。
2008-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determination of the Optical Index for Few-Layer Graphene by Reflectivity Spectroscopy
我们通过反射光谱法在可见光波段对少层石墨烯的光学折射率进行了实验研究。具有相干超连续谱激光源的激光扫描显微镜（LSM）测量了Si/SiO2基底上的剥离的石墨烯薄片的反射率，所述基底包含单层、双层和三层区域，当激光的波长从545 nm变化到710 nm时。根据与裸衬底的反射率对比和菲涅耳反射理论，提取了少层石墨烯的复折射率n-ik。由于SiO2厚度作为参数进入建模，因此在样品位置处对其进行精确测量。结果发现，一个共同的恒定的光学指数不能同时解释单层，双层和三层石墨烯的波长相关的反射率数据，而是每个单独的几层石墨烯具有一个独特的光学指数，其复杂的值是精确和准确地确定从实验数据。
2012-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Nanobubble: A New Optical Nonlinear Material
石墨烯由于其可饱和吸收和巨克尔非线性效应而成为非线性光学领域的一颗新星，这些特性在基于光学非线性器件的数字光学中具有重要的应用价值。然而，实际应用需要大的光学非线性，并且这些固有地受到原子薄石墨烯的相互作用长度的限制。在这里，我们证明了光学双稳态的法布里-珀罗腔含有单层和双层石墨烯已被重组，形成纳米气泡。我们发现，石墨烯纳米气泡可以作为一种新型的光学非线性介质，由于其垂直的侧壁以及增加的曲率，这使得强大的非线性色散效应，导致大的光致相变。与热致双稳态不同，两个透射态之间的全光开关发生在几十纳秒的时间尺度内。基于纳米气泡的具有固有光学非线性的光学器件有助于克服原子级薄的二维薄膜的光路长度限制，并使我们能够探索使用这些元件作为数字全光电路的构建块的前景。
2015-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Anomalous optical saturation of low-energy Dirac states in graphene and its implication for nonlinear optics
本文揭示石墨烯低能态在任意弱场下因狄拉克点发散耦合发生反常光学饱和，并通过半导体布洛赫方程与多体弛豫分析，指出传统非线性光学微扰方法在低费米能级和大场幅下失效。
2019-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
