Density functional theory studies of interactions of graphene with its environment: substrate, gate dielectric and edge effects
本文综述了利用密度泛函理论（DFT）研究石墨烯与周围环境相互作用的理论工作。我们看看衬底，栅极的影响和边缘效应对石墨烯的性能。特别是，我们专注于石墨烯-石英和石墨烯-氧化铝系统，探索它们的能谱和电荷分布。发现硅封端的石英不干扰线性石墨烯光谱。另一方面，氧封端的石英和氧化铝的两个终端与石墨烯键合，导致带隙的打开。在后一种情况下，在石墨烯层和氧化物之间观察到显著的电荷转移。此外，我们还回顾了其他人关于各种衬底对石墨烯电子性质的影响的工作。限制石墨烯以形成纳米带还导致带隙的打开。间隙的值取决于纳米取向物的边缘性质以及宽度。
2012-01-31 cond-mat.mes-hall
Visibility of graphene flakes on a dielectric substrate
我们模型的光学可见性的单层和双层石墨烯沉积在硅/氧化硅衬底上或热退火的碳化硅表面上。我们考虑反射和透射设置，并发现可见性是最强的反射达到最佳条件时，裸基板透射光共振。在光学频率范围内，双层的可见度大约是单层的两倍，从而使两种类型的石墨烯彼此可区分。
2008-02-25 cond-mat.mes-hall
Tunable spontaneous emission from layered graphene/dielectric tunnel junctions
人们对石墨烯及其相关结构的光电性质的兴趣迅速增长。尽管人们普遍认为石墨烯中不存在自发发射，这通常归因于其独特的超快载流子动量弛豫机制，但最近存在一些单层石墨烯的强光学增益和自发光发射的证据，这得到了多环芳烃中面外激子的主导作用的观察的支持。在这篇文章中，我们开发了一个新的概念，从简单的垂直石墨烯/电介质隧道结的光发射和光增益。理论上表明，可能的光学增益或发射光谱将容易地由所施加的电压进行调谐。我们提出了量子力学计算的细节，并进行了精确的分析，场辅助隧道传输矩阵结合扩展艾里的功能。
2014-01-13 cond-mat.mes-hall
Direct Low Temperature Nano-Graphene Synthesis over a Dielectric Insulator
石墨烯是未来高速和柔性电子产品的可能材料。目前的制造路线依赖于金属衬底，需要将石墨烯合成后转移到Si晶片上，或者在SiC上外延生长的情况下，需要高于1000 °C的温度。处理困难和高温都不适合当今的硅技术。我们报告了一种简单的化学气相沉积方法，其中纳米石墨烯和几层石墨烯直接在氧化镁上形成，并且可以在低至325 °C的温度下实现。
2011-03-02 cond-mat.mes-hall
Silicon nitride gate dielectrics and bandgap engineering in graphene layers
我们表明，氮化硅可以提供场效应晶体管中石墨烯的均匀覆盖，同时保持沟道迁移率。这种绝缘体使我们能够研究狄拉克（中性）点处的最大沟道电阻，该电阻是具有不同数量石墨烯层的顶栅器件中垂直电场强度的函数。使用一个简单的模型来解释狄拉克点附近的表面电位变化（电子空穴水坑），我们估计在不同的层中的场诱导带隙或带重叠。
2010-09-10 cond-mat.mes-hall
Plasmon and dielectric background inhomogeneity enhancement of Coulomb drag in graphene double-layer structures
在较宽的温度范围和层间距离下，研究了无质量费米子在石墨烯双层结构中的阻力。我们表明，在这样的石墨烯结构的实验相关参数的介电背景的不均匀性的结果在一个显着增强的阻力。在中等温度下，通过等离子体介导的阻力的动态屏蔽增强了阻力电阻率，并导致其行为在大的层间分离的好转。在一个范围内的层间分离，对应于强到弱的交叉耦合的石墨烯层，我们发现，阻力随层间间距近似平方下降。这种依赖性随着层间间距的减小而减弱，而对于较大的分离，我们在中（低）温下恢复立方（四次）依赖性。
2012-04-20 cond-mat.mes-hall
Graphene-Dielectric Composite Metamaterials: Evolution from Elliptic to Hyperbolic Wavevector Dispersion and The Transverse Epsilon-Near-Zero Condition
我们研究了一种多层石墨烯-电介质复合材料，包括由亚波长厚的电介质间隔物隔开的石墨烯片，并发现它在远红外和中红外频率下表现出双曲等幅波矢色散，从而允许波的传播，否则这些波将在电介质中消失。静电偏置被认为是从双曲型到椭圆型色散的可调谐和可控的过渡。我们探讨了有效介质近似（EMA）的有效性和局限性，用于模拟波的传播和截止的传播空间频谱由于布里渊区边缘。我们发现，在一定条件下，EMA能够预测等温色散图的转变。石墨烯基复合材料允许后向波在双曲色散状态下传播，以及前向波在椭圆状态下传播。从双曲型到椭圆型色散区的过渡由横向ε近零（TENZ）条件控制，这意味着与双曲型区相比，具有更高衰减的更平坦和更宽的传播光谱。我们还调查了可调的透明度的多层膜在该条件下，与其他材料表现出ENZ现象。
2013-05-17 cond-mat.mes-hall
Large energy storage efficiency of the dielectric layer of graphene nanocapacitors
电容器通常用于电子电路中，用于短期存储少量能量。然而，期望使用电容器来存储大得多的能量以代替可再充电电池。不幸的是，现有的电容器不能存储足够的能量以能够替代普通的电化学能量存储系统。在这里，我们研究了石墨烯纳米电容器的储能能力，石墨烯纳米电容器是涉及Al膜、Al 2 O3介电层和单层碳原子的尝试层，即，石墨烯。这是一个纯电子电容器，因此它可以在很宽的温度区间内工作。该电容器显示出高介电击穿电场强度，约为1000 kV/mm（即，1GV/m），远大于表中Al 2 O3介电强度值。相应的能量密度比普通电解电容器的能量密度大10至100倍。此外，我们发现存储在介电层中的电荷量可以等于或甚至可以超过存储在电容器板上的电荷量。介质放电电流遵循幂律时间依赖性。我们提出了一个模型来解释这种行为。
2020-11-24 cond-mat.mes-hall
Dielectric screening of the Kohn anomaly of graphene on hexagonal boron nitride
三维金属晶体中的科恩反常是由于周围电子气对离子核屏蔽的突然变化而引起的声子色散的下降。这些异常也存在于二维石墨烯的声子色散中的高对称点Γ和K处，其中声子波矢连接费米表面上的两个点。在最高光学分支中的扭结周围的线性斜率与电子-声子耦合成比例。在这里，我们提出了一个综合的理论和实验研究的影响的介电衬底上的石墨烯的振动特性。我们表明，屏蔽的电介质基板减少了电子-声子耦合在高对称点K，并导致上移位的拉曼2D线。这导致可以通过筛选来调谐的Kohn异常的观察。因此，2D线的确切位置也可以被认为是石墨烯的（电子-声子限制的）电导率变化的特征。
2013-08-12 cond-mat.mes-hall
Plasmon modes in graphene-GaAs heterostructures
本文研究了由石墨烯和GaAs量子阱组成的双层系统中的等离子体激元色散关系和集体激发的阻尼率。我们使用随机相位近似介电函数，并考虑到系统的介电背景的非均匀性。我们发现等离子体频率和阻尼率在很大程度上依赖于层间相关参数，电子密度和接触介质的介电常数。
2017-05-21 cond-mat.mes-hall
Dielectric Thickness Dependence of Carrier Mobility in Graphene with HfO2 Top Dielectric
我们调查的载流子迁移率在单层和双层石墨烯与顶部HfO 2电介质，作为HfO 2膜厚度和温度的函数。结果表明，载流子迁移率在顶部电介质的前2-4 nm的沉积期间降低，并且对于较厚的层保持恒定。载流子迁移率对温度的依赖性相对较弱，表明声子散射在控制载流子迁移率方面不起主导作用。这些数据强烈表明，位于石墨烯附近的固定带电杂质是迁移率下降的原因。
2010-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dielectric control of ultrafast carrier dynamics and transport in graphene
Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）；Debye Institute for Nanomaterials Science, Utrecht University（乌得勒支大学德拜纳米科学研究所）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST（加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所（ICN2，西班牙高等科学研究委员会和巴塞罗那独立科学与技术基金会））；School of Physics and Astronomy, University of Manchester（曼彻斯特大学物理与天文学学院）；Department of Applied Physics, TU Eindhoven（埃因霍温理工大学应用物理系）
研究通过调控石墨烯的介电环境，控制超快载流子动力学与输运，提升光电探测器性能。
2026-03-31 cond-mat.mes-hall
First-principles Theory of Nonlocal Screening in Graphene
利用准粒子自洽GW（QSGW）和局域密度（LD）近似，计算了与q相关的静态介电函数，并导出了对应于点电荷屏蔽的有效二维介电函数。在q到0的限制，2D功能被发现约为宏观介电函数的平方根缩放。它的值约为4，比狄拉克模型的预测大1.5倍。这两种介电函数都强烈依赖于q，与狄拉克模型相反。QSGW近似描述QP水平非常好，小系统误差类似于散装SP半导体。局域场效应在石墨烯中比在体半导体中更重要。
2010-06-12 cond-mat.mes-hall
Utilization of a Buffered Dielectric to Achieve High Field-Effect Carrier Mobility in Graphene Transistors
我们在顶栅石墨烯晶体管中的石墨烯和常规栅极之间利用有机聚合物缓冲层。与其他绝缘体不同，该电介质叠层不会显著降低载流子迁移率，从而允许在顶栅操作中保持高场效应迁移率。这在两点和四点分析以及石墨烯晶体管的高频操作中都得到了证明。载流子迁移率的温度依赖性表明声子是这些器件中的主要散射体。
2009-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing Band Structures by Patterned Dielectric Superlattices
本研究通过量子电容模型模拟图案化介电超晶格对石墨烯施加周期势，结合紧束缚与连续模型分析几何与参数影响，发现长程库仑作用可打开质量间隙并产生Chern能带，为石墨烯能带工程提供鲁棒方案。
2024-08-09 cond-mat.mes-hall
Dielectric Environment Effect on Carrier Mobility of Graphene Double-Layer Structure
基于玻尔兹曼输运理论，研究了介电环境对石墨烯双层结构（GDLS）中电荷杂质限制载流子迁移率的影响.在该系统中，两个石墨烯层由电介质阻挡层分开。指出当层间距离大于费米波矢的倒数时，载流子迁移率强烈依赖于势垒层的介电常数。此外，对提高GDLS受电荷杂质限制的载流子迁移率的条件进行了评价。
2013-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interaction corrections to the polarization function of graphene
研究了在任意动量与频率关系下，石墨烯不可约极化函数的一阶相互作用修正。结果被用来计算的介电函数和石墨烯的动态电导率超过标准的随机相位近似。计算的静态介电常数与最近的实验相比，毫不逊色。
2012-09-18 cond-mat.mes-hall
Plasmons enhance near-field radiative heat transfer for graphene-covered dielectrics
研究表明，电介质板顶部的石墨烯层可以显着影响该电介质的辐射热交换能力。石墨烯的效应与热激发等离子体有关。这些共振的频率位于太赫兹区域，并且可以通过掺杂或选通改变费米能级来调谐。覆盖有石墨烯的两个电极之间的热传递可以大于最已知的材料之间的热传递，并且在低温下甚至大得多。此外，高传热可以通过电气手段进行显著调节，这为利用热通量进行非常快速的操纵开辟了新的可能性。
2012-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
The effect of electron dielectric response on the quantum capacitance of graphene in a strong magnetic field
当石墨烯被置于强磁场中时，石墨烯的量子电容可以是负的，这是电子之间位置相关性的明确实验特征。在这里，我们表明，石墨烯的量子电容也受到其介电极化率的强烈影响，这在磁场中是波矢量相关的。我们从理论和实验两方面研究了这种效应。我们开发了一个理论和数值计算程序来解释石墨烯的介电响应，并测量了氮化硼上高质量石墨烯电容器的量子电容。理论与实验结果吻合较好。
2013-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Electromagnetic response and effective gauge theory of graphene in a magnetic field
研究了石墨烯在磁场中的电磁响应，特别强调了其基态（真空）的量子特性。与传统的量子霍尔系统不同，石墨烯真空是一种介电介质，具有可观的电磁兼容性。介电效应随着填充因子nu的增加而快速增长，这种方式反映了石墨烯的“相对论”朗道能级特性以及其谷和自旋简并性。仔细观察介电函数还表明，库仑相互作用在磁性长度的尺度上被有效地屏蔽，导致石墨烯中激子光谱的显著减少。此外，一个有效的规范理论的石墨烯的响应被构造出来。由此指出，磁化率一般用霍尔电导与朗道能隙之比来表示。
2007-06-18 cond-mat.mes-hall
Charged Impurity Scattering in Graphene Nanostructures
我们研究了顶栅衬底支撑的石墨烯纳米结构中的带电杂质散射和静电屏蔽。我们的模型描述了如何将边界条件纳入散射，揭示了这些纳米结构的介电响应，提供了对杂质散射的顶栅效应的见解，并预测这种石墨烯异质结构中的载流子迁移率随着顶部电介质厚度的增加和载流子密度的提高而降低。预计在顶部栅控石墨烯中载流子迁移率将增加近60%。
2012-07-26 cond-mat.mes-hall
Effects of the structure of charged impurities and dielectric environment on conductivity of graphene
我们研究了掺杂石墨烯在半经典玻尔兹曼极限下的电导率，以及自洽输运理论下的电导率最小值。使用硬盘模型的二维分布的杂质引起的两个强烈的增加，在低载流子密度的石墨烯的电导率的斜率和一个强烈的次线性行为的电导率在高载流子密度时，杂质之间的相关距离大。另一方面，我们发现，在重掺杂的石墨烯的载流子密度的电导率的超线性依赖可能会产生从石墨烯的杂质的距离增加或允许它们的集群，而电偶极子杂质的存在可能会引起的电子-空穴的电导率的不对称性。我们表明，在顶栅配置中的电介质层的有限厚度，以及石墨烯和电介质之间的非零空气间隙的存在对电导率及其最小值产生强烈的影响。而电介质厚度的减小被示出为增加掺杂石墨烯中的导电性，并且甚至对于杂质的2D分布在中性石墨烯中产生有限的导电性。我们发现当杂质均匀分布在整个介质中时，介质厚度的增加引起电导率的超线性行为。此外，石墨烯的迁移率对其载流子密度的依赖性在定量和定性上令人惊讶地受到石墨烯-电介质间隙与带电杂质的2D分布的精确位置相结合时的强烈影响。最后，我们展示了中性石墨烯中电导率最小值的变化，因为杂质和电介质厚度之间的相关距离被改变。
2013-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
From surface to volume plasmons in hyperbolic metamaterials: General existence conditions for bulk high-k waves in metal-dielectric and graphene-dielectric multilayers
我们从理论上研究了亚波长周期多层结构中宽带体大波矢（高k）传播波（如双曲型超材料中的体等离子体激元）的一般存在条件。描述的反射系数的广义共振极点的结构的单位细胞中的基本激发，并使用布洛赫定理，我们推导出解析表达式的大波矢传播解决方案的频带。我们应用我们的形式主义，以确定在两个重要的情况下存在的高k带：众所周知的金属电介质，最近推出的石墨烯电介质堆栈。我们证实，在薄金属层中的短程表面等离子体可以引起双曲超材料特性，并证明长程表面等离子体不能。我们还表明，石墨烯介电多层膜倾向于支持高k波，并探讨了这是可能的参数范围，证实了使用石墨烯的双曲色散材料的前景。该方法适用于各种各样的结构，如连续或结构化的微波，太赫兹（THz）和光学超材料。
2014-04-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Metal-Dielectric-Graphene Sandwich for Surface Enhanced Raman Spectroscopy
通过插入薄的高\k{appa}介电层来增强罗丹明B（RhB）的拉曼强度，所述介电层降低金-石墨烯界面处的表面等离子体激元阻尼。结果表明，通过等离子体共振增强，拉曼强度急剧增加，同时保持有效的荧光猝灭与优化的电介质层厚度。
2014-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetic dielectric- graphene- ferroelectric system as a promising non-volatile device for modern spintronics
研究了磁介质（EuO）-石墨烯沟道-铁电衬底体系的导电性.磁性电介质通过在石墨烯中诱导能隙并使其相对于自由电子自旋不对称来局部地变换石墨烯的能带谱。在适当的和初始的铁电体的薄膜中可以容易地实现的自发极化范围（2- 5）mC/m2正在被检查。证明了如果石墨烯沟道中的费米能级属于其中由EuO修饰的石墨烯带谱变得急剧自旋不对称的能量区间，则这样的器件可以是理想的非挥发性自旋过滤器。费米能级的控制（例如，通过改变铁电极化的温度）可以将自旋过滤器转换为自旋阀。
2019-04-12 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
Double-layer graphene and topological insulator thin-film plasmons
我们提出了耦合无质量狄拉克二维电子系统的光学和声学等离子体激元集体模式的数值和分析结果。我们的研究结果适用于拓扑绝缘体（TI）薄膜和两个石墨烯片由薄的电介质阻挡层分开。我们发现，由于强体介电屏蔽TI声学模式被锁定到顶部的粒子-空穴连续，因此可能无法观察到。
2011-12-07 cond-mat.mes-hall
Theory of carrier transport in graphene double-layer structure with carrier imbalance
基于玻尔兹曼输运理论计算了石墨烯双层系统的载流子迁移率。在该系统中，两个石墨烯层由电介质阻挡层分开。我们专注于两层之间存在载流子不平衡的情况。研究发现，如果选择合适的介质环境，可以通过控制两层之间的载流子密度极化来提高迁移率。
2014-12-05 cond-mat.mes-hall
Terahertz lasers based on optically pumped multiple graphene structures with slot-line and dielectric waveguides
提出并评价了基于光泵多层石墨烯结构的太赫兹（THz）激光器。所开发的设备模型占的带间和带内跃迁的简并电子空穴等离子体中产生的光辐射在MGL结构和槽或介质波导中的损失。给出了太赫兹激光增益和产生太赫兹激光的条件，表明所研究的激光器在室温下可以工作在大于1THz的频率。
2009-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene oxide dielectric permittivity at GHz and its applications for wireless humidity sensing
氧化石墨烯的相对介电常数，其实部和虚部，已被测量在各种湿度条件下在GHz。它表明，相对介电常数随着湿度的增加而增加，由于水分的吸收。氧化石墨烯的这种电特性被用于通过用氧化石墨烯层涂覆印刷的石墨烯天线来创建无电池无线射频识别（RFID）湿度传感器。这种氧化石墨烯/石墨烯天线的谐振频率以及反向散射相位变得对周围湿度敏感，并且可以由RFID读取器检测到。这使得无电池无线监测本地湿度与数字识别附加到任何位置或项目，并铺平了道路，为物联网应用的低成本高效传感器。
2017-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
DFT study of optical properties of pure and doped Graphene
基于密度泛函理论（DFT）的从头算方法研究了纯石墨烯的光学性质，并与硼（B）、氮（N）和BN共掺杂的石墨烯片的光学性质进行了比较。通过改变掺杂剂的浓度来研究掺杂的效果，对于单独的B和N掺杂，掺杂剂的浓度从3.125%（32个主体原子中的一个掺杂剂原子）变化到6.25%（50个主体原子中的六个掺杂剂原子），对于BN共掺杂，掺杂剂的浓度从37.5%（32个主体原子中的一个B/N对）变化到18.75%。对于相同浓度的替代掺杂，掺杂剂的位置也已经改变。在无规相位近似（RPA）下，使用VASP（Vienna ab-initio Simulation Package）程序计算了介电矩阵。计算了单层石墨烯片在光偏振方向平行和垂直于石墨烯片平面时的介电函数、吸收光谱和能量损失函数，并与掺杂石墨烯进行了比较。计算的介电函数和能量损失谱与纯石墨烯的理论和实验结果符合得很好。已经发现，单独的B和N掺杂不显着影响虚介电函数，因此吸收光谱。然而，在高掺杂下，发现B/N共掺杂的辐射吸收向可见光范围发生显著的红移。研究结果可用于调控石墨烯在可见光区的光学性质。
2014-04-18 cond-mat.mes-hall
Graphene-based photonic crystal
提出了一种新型的光子晶体，其通过将交替的石墨烯和电介质盘的组成堆叠的周期性阵列嵌入到背景电介质介质中而形成。计算了这种光子晶体的能带结构和透过率。石墨烯基光子晶体可以有效地用作电磁波谱远红外区的频率滤波器和波导。由于掺杂石墨烯中低频辐射吸收的实质性抑制，光子晶体中的阻尼和趋肤效应也被抑制。讨论了石墨烯基光子晶体的优点。
2010-12-19 cond-mat.mes-hall
Graphene on silicon nitride for optoelectromechanical micromembrane resonators
由于其特殊的机械和光学性能，介质氮化硅（SiN）微膜谐振器已成为许多光学机械实验的核心。膜与电系统的有效电容耦合将有助于激励混合光机电器件。然而，这种介电膜的电容耦合相当弱。在这里，我们添加了一个单层的石墨烯SiN微膜和比较机电耦合和机械性能裸露的电介质膜和膜金属化的铝层。石墨烯涂层膜的静电耦合被发现是等于一个完美的导电膜。我们的研究结果表明，单层石墨烯大大增强了机电电容耦合，而不会显着增加质量，降低优越的机械品质因数或影响SiN微膜谐振器的光学特性。
2013-07-17 cond-mat.mes-hall
Out-of-plane dielectric susceptibility of graphene in twistronic and Bernal bilayers
我们描述了单层石墨烯的平面外介电极化率如何影响双层石墨烯的静电-Bernal（BLG）和扭曲（tBLG）。我们比较使用密度泛函理论计算的极化率值与输出从先前公布的实验数据上的静电控制层间不对称电位在BLG和数据上的层上密度分布在tBLG。我们发现，在tBLG单层的极化率$α_{exp} = 10.8 \unicode{x212B}^3$和有效的面外介电极化率$ε_z = 2.5$，包括它们的层上的电子密度分布在零磁场和层间朗道能级钉扎在量子化磁场。
2021-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Friedel oscillations in graphene-like materials: The Dirac point approximation in wave-number dependent quantities revisited
在狄拉克点近似下，对类石墨烯材料的Friedel振荡进行了理论研究。在无规相位近似（RPA）下进行了数值计算。对于谷内跃迁，证明了不同狄拉克点在波数相关量（如介电函数$ε(q)$）中的贡献由波数相对于狄拉克点位置矢量在$k$空间中的取向决定。因此，不同狄拉克点的相同贡献并不自动地由这些点处的哈密顿量的简并来保证。同时指出，即使狄拉克点与费米能级（$E_F=0$）重合，谷间跃迁的贡献也总是各向异性的.这意味着基于狄拉克点近似的研究仅在高波长极限下给出正确的物理学。静态介电函数的各向异性揭示了各个狄拉克点的不同贡献。此外，各向异性的$k$ -空间介电函数导致石墨烯类材料中的各向异性弗里德尔振荡。计算中也进行了Rashba相互作用的存在。结果表明，增加Rashba相互作用强度略微改变了类石墨烯材料中的Friedel振荡。因此，$k$ -空间中的各向异性介电函数是石墨烯类系统中能带各向异性的清楚表现。
2017-03-15 cond-mat.mes-hall
Graphene in periodic deformation fields: dielectric screening and plasmons
我们考虑了石墨烯晶格的周期性形变所产生的周期性标量势和矢量势对电子能谱的影响。讨论了狄拉克点附近电子速度对不同类型周期扰动的依赖关系。我们还研究了屏蔽的标量势的效果，通过计算的介电函数作为波长的函数的周期电位。该计算表明，周期性标量场被屏蔽强烈抑制。利用电子速度对周期场的依赖关系，我们还研究了石墨烯中等离子体激元谱的变化。我们发现，等离子体激元激发谱可以有效地控制由周期性的应变场。
2012-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photonic density of states enhancement in finite graphene multilayers
我们考虑了由一系列石墨烯片组成的有限系统的光学性质，这些石墨烯片被薄电介质层隔开。由于这些系统作为导体响应于石墨烯片平面中的电场，并且作为绝缘体响应于垂直电场，因此可以预期它们具有与双曲超材料类似的特性。我们表明，在典型的实验条件下，石墨烯/电介质多层膜具有增强的Purcell因子，并增强了太赫兹和中红外频率范围内的光子态密度。这些行为可以追溯到多层石墨烯系统的耦合等离子体激元模式。我们表明，这些结果可以得到只有几层石墨烯。
2013-10-28 cond-mat.mes-hall
Bilayer Insulator Tunnel Barriers for Graphene-Based Vertical Hot-electron Transistors
依赖于量子力学隧穿的垂直石墨烯基器件概念在电子学和光电子学中的应用文献中正在激烈地讨论。在这项工作中，载流子输运机制的半导体绝缘体石墨烯（SIG）电容器的研究，相对于其作为电子发射极的垂直石墨烯基极晶体管（GBT）的适用性。比较了几种用作隧道势垒的介质材料，包括介质双层。使用双层薄膜，我们实验证明显着改善电子注入电流，促进福勒-诺德海姆隧穿（FNT）和步骤隧穿（ST），同时抑制缺陷介导的载流子传输。使用1 nm厚的高质量电介质硅酸铥（TmSiO）作为第一绝缘体层和二氧化钛（TiO $_2$）作为高电子亲和性第二层绝缘体，实现了接近10 $^3$ A/cm $^2$（受串联电阻限制）的高注入隧穿电流密度和优异的电流-电压非线性和不对称性。我们还证实了我们的方法在一个完整的GBT结构的可行性和有效性，显示出显着的改善集电极导通态电流密度相对于以前报道的GBT。器件设计和制造方案的选择考虑到未来的CMOS工艺兼容性。这项工作提出了一个双层隧道势垒的方法作为一个有前途的候选人，用于高性能的垂直石墨烯为基础的隧道器件。
2015-07-23 cond-mat.mes-hall
Reversed Photoeffect in Transparent Graphene Nanocapacitors
介电薄膜的电学性质一直受到人们的关注，因为它们在各种电子器件中起着重要的作用，例如场效应晶体管和存储元件。晶体管中栅氧化层的绝缘特性是限制摩尔定律的关键因素。绝缘膜的介电强度限制了纳米电容器中可以存储多少能量。纳米级绝缘屏障中电流的来源仍然无法解释。在这里，我们提出了一种光学透明的Al-Al 2 O 3-石墨烯纳米电容器，适用于研究高电场和光照下校准的纳米电介质薄膜中的电子输运。可控的光子流提供了一个额外的强大的探针，有助于解决这些高质量绝缘膜中的导电性难题。采用原子层沉积技术沉积了介电氧化铝Al 2 O3。用这个装置，我们观察到一个光子辅助场致发射效应，其中的有效势垒高度减少了一个数量等于光子能量。我们的主要发现是一种反向光效应。即，在足够高的偏置电压下，通过电介质膜的电流随着光强度的增加而减小。此外，较高的光子能量与电流的较强减小相关。为了解释这种反向的光效应，我们提出了一个定性模型的基础上的猜想，电子泄漏到电介质和形成带电的沙堆状分支模式，这有利于运输，并可以分散的光。
2020-11-19 cond-mat.mes-hall
Quantum friction between oscillating crystal slabs: Graphene monolayers on dielectric substrates
本文从理论上描述了两个非接触准二维晶体之间的能量传递过程，并与两个准二维晶体作匀速平行运动的情况进行了比较。我们应用该理论来计算范德华能量和耗散能量在两个振荡板，每个板由一个石墨烯单层沉积在二氧化硅衬底。石墨烯的介电响应从第一原理确定，和SiO2表面响应使用经验局部介电函数描述。我们研究了驱动频率和石墨烯掺杂对vdW吸引力的影响。我们提出了通过调节石墨烯掺杂EF i和驱动频率ω 0来控制板片的粘附和解粘的想法。我们发现简单的ρ 02依赖vdW和耗散能量。由于Dirac等离子体激元是板之间能量传递的主要通道，因此在同等掺杂的EF 1 = EF 2 = 0石墨烯中的耗散功率显示出强的ω 0 = 2 omegap峰。当石墨烯沉积在SiO2衬底上时，该峰显著降低。如果只有一个石墨烯是原始的（EFi = 0），则2 omegap峰消失。对于较大的分离α，声子损失也变得重要，并且掺杂导致源自石墨烯-基板板中的杂化电子-声子激发之间的共振耦合的许多峰的移位、出现和消失。
2018-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-based one-dimensional photonic crystal
提出了一种新型的一维（1D）光子晶体，该光子晶体由周期性排列的石墨烯和电介质条交替堆叠而成，并嵌入到背景电介质中。在Kronig-Penney模型的框架下求解了电磁波在这种结构中传播的波动方程。分析了一维石墨烯基光子晶体的能带结构与填充因子和石墨烯条间介质厚度的关系。通过在石墨烯和电介质条交替堆叠的位置上放置额外的电介质形成的光子晶体的缺陷，获得了与电磁波局域化对应的光子频率。
2011-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Realization of a High Mobility Dual-gated Graphene Field Effect Transistor with Al2O3 Dielectric
我们制作和表征双栅石墨烯场效应晶体管（FET）使用氧化铝作为顶栅电介质。我们使用薄Al膜作为成核层，以使Al 2 O3的原子层沉积。我们的器件在室温下显示出超过8,000 cm 2/Vs的迁移率值，这一发现表明顶栅叠层不会显著增加载流子散射，从而降低器件特性。我们提出了一个设备模型，以适应使用一个单一的流动性值的实验数据。
2009-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dielectric properties of graphene on transition metal dichalcogenide substrate
由于过渡金属二硫属化物（TMDC）上的石墨烯单层中的铁磁杂质，由衬底驱动相互作用（SDI）和交换场（M）引起的介电性质的可调谐性（即，XY~2，X = Mo，W; Y = S，Se）在K和K素数点附近的一个新的量子点。相互作用的行列涉及亚晶格分辨的，强烈增强的内在自旋轨道耦合（SOC），外在Rashba自旋轨道耦合（RSOC），以及与电子电荷从石墨烯转移到XY 2相关的轨道间隙。RSOC允许对石墨烯中的带隙进行外部调谐，并通过自旋翻转连接最近的邻居。由于SDI的相互作用，我们获得了具有有效的RSOC依赖的塞曼场的通常带隙带。利用这些能带，我们获得了有限掺杂情况下介电函数的封闭解析表达式。介电函数的零点对应于集体模式。在包括TMDC上石墨烯的完全分散后，我们发现实际上只有一个集体模式，并且它对应于电荷等离子体。后者的色散产生了q^2/3行为，而不是众所周知的q^1/2行为。我们还发现，等离子体激元的频率可以通过化学势的调谐来改变。
2017-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charged impurity scattering in bilayer-graphene double layers
我们考虑由两个平行的双层石墨烯片由电介质分隔的双层系统。我们计算的有限温度下的电导率的第一层由于带电杂质位于两层。研究了温度、层间距、介电常数、杂质浓度、载流子浓度等对电导率的影响。我们显示位于层II中的带电杂质的重要性，在确定小的层间距离的第一层的电导率。本文的结果使我们对第二种效应作用下双层石墨烯中带电杂质的长程散射有了更多的了解。
2020-05-02 cond-mat.mes-hall
Dielectric screening and plasmons in AA-stacked bilayer graphene
在无规相位近似下研究了AA-堆叠双层石墨烯的屏蔽特性和集体激发（等离子体激元）。而在单层石墨烯和AB-堆叠的双层石墨烯中的长寿命的等离子体激元可以仅存在于掺杂的样品中，我们发现相干等离子体激元可以分散在AA-堆叠的双层石墨烯{ \it即使在没有掺杂的情况下}。此外，我们表明，特征低能量色散关系是不受载流子数量的变化，除非掺杂样品的化学势超过层间跳跃能量。我们进一步考虑的外部电场施加垂直的层的效果，并显示如何的模式的色散可以通过施加栅极电压进行调谐。
2013-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Superior dielectric breakdown strength of graphene and carbon nanotube infused nano oils
与基础Transformer油相比，首次实验观察到包含石墨烯纳米片和CNT的纳米油表现出增强的介电击穿强度。包含悬浮在两种不同等级的Transformer油中的不同Gr和CNT样品的变体纳米油在击穿强度方面产生了一致的和高度的增强。利用高电子电导的纳米结构增强流体的绝缘口径的明显的反直觉现象已经被证明是物理上一致的，通过理论分析。关键的机制已被钉点作为有效的电荷清除导致阻碍流光的生长和发展，从而延迟完全电离的概率。提出的数学分析提供了一个全面的图片的机制和物理的电流体力学参与的现象增强击穿强度。此外，该分析能够物理地解释作为系统参数的函数观察到的各种击穿特性，所述系统参数例如纳米结构类型、尺寸分布、相对介电常数、基础流体介电特性、纳米材料浓度和纳米油温度。数学分析已被扩展到提出一个物理和尺寸一致的分析模型来预测这样的纳米油从所涉及的组成材料的性能和特性的增强击穿强度。该模型已被观察到，以准确地预测增强的绝缘性能，从而使其成为一个非常有用的工具，有效的设计和预测的击穿特性的纳米结构注入绝缘流体。
2015-11-14 cond-mat.mes-hall
Influence of Landau level mixing on the properties of elementary excitations in graphene in strong magnetic field
石墨烯中的无质量狄拉克电子填充朗道能级，其能量按其数量的平方根缩放。电子之间的库仑作用导致不同朗道能级的混合。这种相互作用的相对强度仅取决于周围介质的介电磁化率，并且在悬浮石墨烯中可能很大。研究量子化磁场中朗道能级混合对石墨烯中的磁激子和磁等离子体激元--基元电子-空穴激发性质的影响。我们发现，在足够小的背景介电屏蔽，混合导致非常本质的变化的磁激子和磁等离子体激元色散规律相比，最低朗道能级近似。
2012-01-13 cond-mat.mes-hall
Substrate effects on quasiparticles and excitons in graphene nanoflakes
采用超越双激发的组态相互作用方法，研究了衬底对扶手椅型三角形和六边形石墨烯纳米片的电学和光学性质的影响.准粒子校正的能隙和激子结合能被发现是由长程库仑相互作用和表现出类似的依赖于衬底的介电常数，这导致取消它们的贡献的光学间隙。其结果是，光学间隙被证明是不敏感的介电环境和意外地接近单粒子间隙。
2013-08-22 cond-mat.mes-hall
Optical properties of dielectric plates coated with gapped graphene
基于量子电动力学第一性原理，研究了带隙石墨烯涂层介质板的光学性质。石墨烯涂层板的反射系数和反射率用带隙石墨烯的极化张量和板材料的介电常数表示。简单的近似表达式的偏振张量适用于在宽的频率区域，其中存在的间隙的影响的光学性质的组件的组合，被发现。数值计算的石墨烯涂层的SiO ${}_2$板的反射率进行了不同的质量间隙参数在不同的温度下的值。结果表明，随着间隙宽度的增加，石墨烯涂覆的板在法向入射下的反射率根据频率和质量间隙参数的值而降低高达8倍。计算了Si和SiO ${}_2$板上带隙石墨烯涂层的入射电磁波的两种偏振反射率的角度依赖性。我们证明了TM反射率在一定的入射角下有一个最小值，这取决于质量隙参数，频率和温度，而TE反射率单调地依赖于入射角。然而，对于具有非零质量间隙参数的石墨烯涂层，反射光不能完全偏振。所获得的结果的可能的应用进行了讨论。
2017-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing charge scattering mechanisms in suspended graphene by varying its dielectric environment
具有高载流子迁移率μ的石墨烯对于石墨烯基电子器件和石墨烯的狄拉克费米子的基本性质的研究都是必需的。人们普遍认为，石墨烯中的迁移率限制因素是驻留在石墨烯上或底层衬底中的带电杂质的库仑散射。这对于SiO2衬底上的传统石墨烯器件和最近报道的高迁移率悬浮和支撑器件都是如此。减少这种散射的有吸引力的方法是将石墨烯放置在具有高静态介电常数κ的环境中，这将有效地屏蔽由于杂质引起的电场。然而，到目前为止，实验仅报告了高κ环境对迁移率的适度影响。在这里，我们通过研究悬浮在液体中的多终端石墨烯器件中的电输运来研究石墨烯的介电环境的影响，其中κ范围从1.9到33。对于非极性液体（κ<5），我们观察到μ随着κ快速增加，并报告了石墨烯器件在苯甲醚（κ=4.3）中的室温迁移率高达约60，000 cm 2/Vs，而在极性液体（κ>18）中，我们观察到迁移率急剧下降。我们证明，非极性液体通过筛选吸附在石墨烯上的带电杂质来增强流动性，而极性液体中的带电离子引起所观察到的流动性抑制。此外，使用分子动力学模拟，我们建立了平面外弯曲声子的散射，在室温下在真空中悬浮石墨烯中的主要散射机制，被液体的存在抑制。我们希望我们的研究结果可以提供控制和减少未来石墨烯电子器件中载流子散射的途径。
2012-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced transmission modulation based on dielectric metasurfaces loaded with graphene
我们提出了一种混合石墨烯介电超颖表面设计，以实现在近红外（近IR）频率下的强可调谐和调制传输。所提出的装置是由放置在二氧化硅衬底上的周期性对不对称硅纳米棒构成的。一个原子厚的石墨烯片位于纳米棒和衬底之间。由于在近红外波长处的零欧姆损耗，该全电介质超颖表面的面内电磁场高度局部化并增强。它们与石墨烯强烈相互作用并与其性质耦合。由于在该频率点处的电和磁偶极子响应的抵消，在该混合全电介质超颖表面配置的谐振频率处获得了尖锐的Fano传输。石墨烯单层薄片的性质可以通过调节其费米能或化学势来调节，从而导致不同的掺杂水平以及等效的材料参数。结果表明，由于强光石墨烯相互作用，所提出的混合系统的Q因子和Fano共振透射光谱可以被有效地调谐和控制。据报道，在近红外频率下，透射系数的调制率高于60%。所提出的混合石墨烯/电介质纳米器件具有紧凑的占地面积，超快的速度，并且可以容易地集成到当前的CMOS技术。这些特性在近红外可调谐滤波器、更快的光学互连、高效传感器、开关和幅度调制器等方面具有广阔的应用前景。
2015-07-31 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.optics
On dielectric screening in twisted double bilayer graphene
利用失配角约为5 °的双螺旋双层石墨烯样品，研究了栅压诱导的电场的介电屏蔽效应。在低温磁输运测量中，观察到了源于两个不同载流子密度带的磁阻量子振荡。载流子密度相对于总载流子密度的行为与AB堆叠的四层石墨烯的行为不同。根据感应电荷随距离指数衰减的模型，对载流子密度比进行了理论分析，并给出了屏蔽长度λ。估计的λ略大于AB堆叠的石墨烯的λ，这可能反映了波函数的概率的平面间分布的差异。
2021-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Casimir forces on suspended thin dielectric membranes covered with graphene
The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Laboratoire Charles Coulomb (L2C), UMR 5221 CNRS-Université de Montpellier（夏尔·库隆实验室（L2C），CNRS-蒙彼利埃大学联合研究单位5221）
该研究从理论和实验探究覆盖石墨烯的悬浮薄电介质膜的卡西米尔力，发现用薄电介质膜替代石墨烯下的固体衬底可部分恢复卡西米尔力的强热依赖性，室温实验测得的力梯度与理论预测一致。
2026-10-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Dielectric function, screening, and plasmons of graphene in the presence of spin-orbit interactions
我们研究了Rashba存在下石墨烯的介电性质和最一般形式的内在自旋轨道相互作用，即，对于任意频率、波矢量、掺杂和自旋轨道耦合（SOC）参数。的主要结果包括在推导封闭的解析表达式的虚部以及实部的偏振函数。几种极限情况，例如，讨论了纯Rashba或纯本征SOC的情况，以及Rashba和本征耦合参数相等的情况。在静态极限下，导出了带电杂质屏蔽势的渐近行为。在相反的限制（$q=0$，$ω\to0$），等离子体激元色散的解析表达式，然后比较的数值结果。我们的结果也可以应用到相关的系统，如双层石墨烯或拓扑绝缘体。
2012-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
