Cobalt intercalation at the graphene/iridium(111) interface: influence of rotational domains, wrinkles and atomic steps
利用低能电子显微镜，我们研究了在Ir（111）上生长的石墨烯下的Co嵌入。根据其上沉积的石墨烯的旋转域，发现Co在不同位置处插入。虽然插入的Co被观察到优先在基板的步骤边缘低于某些旋转域，它主要是发现接近皱纹低于其他域。这些结果表明，石墨烯片的弯曲区域（靠近衬底原子台阶和褶皱）促进Co嵌入，并表明石墨烯/Ir相互作用的强度决定了哪种途径在能量上更有利。
2014-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular anisotropy of ultrathin epitaxial cobalt films on graphene
石墨烯由于其长自旋寿命和高迁移率而对自旋电子学具有吸引力。到目前为止，只有厚的多晶板被用作铁磁电极。我们报道了在石墨烯上生长的平坦的外延Co-Co薄膜。在0.5- 1 nm的厚度范围内，它们显示出垂直磁各向异性，这是由理论证实的。PMA、外延和石墨烯厚度为基于石墨烯的自旋电子器件带来了新的前景，例如任意磁化方向的零场控制、电极和石墨烯之间的能带匹配以及诸如Rashba和电场控制磁性的界面效应。
2010-04-09 cond-mat.mtrl-sci
The Stability, Energetics, and Magnetic States of Cobalt Adatoms on Graphene
我们采用近精确多体计算方法研究了单个Co原子在石墨烯上的稳定性和电子性质。冻结轨道嵌入方案与量子场量子蒙特卡罗相结合，以增加系统尺寸的范围。发现几个能量最小值作为Co和石墨烯之间的距离$h$的函数。能量学只允许Co原子占据处于高自旋$3d^{8}4s^{1}$态的$h = 2.2$的顶位，以及处于高自旋$3d^{7}4s^{2}$态的$h = 3.3$的范德华区域。这些发现为最近在独立石墨烯上使用Co的实验结果提供了解释。
2014-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Using a dual plasma process to produce cobalt--polypyrrole catalysts for the oxygen reduction reaction in fuel cells -- part II: analysing the chemical structure of the films
用X射线光电子能谱学（XPS）、近边X射线吸收谱（NEXAFS）、X射线衍射（XRD）、能量色散X射线能谱（EDX）和扩展X射线吸收谱（EXAFS）等方法分析了双等离子体法制备的钴-聚吡咯的化学结构。具有钴的低温晶体结构的纳米存在于化合物内。此外，还观察到钴-氮和碳-氧结构。此外，当增加磁控管功率时，产生越来越多的钴-氮结构。将化学结构的信息与薄膜催化活性的结果联系起来-这在本文的第一部分中介绍-得出结论，钴-氮结构是可能的催化活性位点。计算得到钴-氮键长为2.09\，π，碳-氮键长为1.38\，π。
2012-09-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.plasm-ph
Gate-Tunable Exchange Coupling Between Cobalt Clusters on Graphene
我们使用自旋-密度泛函理论（SDFT）从头计算，理论上探索的可能性，实现有用的栅极控制之间的交换耦合钴簇放置在石墨烯片。通过施加一个跨超晶胞的电场，我们证明了交换相互作用强烈依赖于栅极电压，但发现它也是敏感的钴簇的相对亚晶格登记。我们使用我们的研究结果来讨论在石墨烯/过渡金属混合系统中实现强大的和可重复的磁电效应的策略。
2013-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cobalt-related impurity centers in diamond: electronic properties and hyperfine parameters
用第一性原理计算研究了金刚石中与钴有关的杂质中心。我们计算的对称性，形成和过渡的能量，和超精细参数的钴杂质在孤立的配置，并在涉及空位和氮原子的配合物。我们发现，在一个双空位的钴杂质是积极有利的，并在其附近的氮原子偏析。我们的研究结果进行了讨论的背景下，最近观察到的Co相关的电活性中心的合成金刚石。
2013-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Covalent Hybrid of Spinel Manganese-Cobalt Oxide and Gra-phene as Advanced Oxygen Reduction Electrocatalysts
通过在氮掺杂的还原氧化石墨烯片上直接成核和生长纳米颗粒以及阳离子取代尖晶石Co 3 O 4纳米颗粒，开发了锰-钴尖晶石MnCo 2 O 4/石墨烯杂化物作为碱性条件下氧还原反应（ORR）的高效电催化剂。电化学和X射线近边结构（XANES）研究表明，形成无机纳米碳杂化物的成核和生长方法导致尖晶石氧化物纳米颗粒和N掺杂的还原氧化石墨烯（N-rmGO）片之间的共价偶联。碳K边和氮K边XANES显示N-rmGO片中的C-O和C-N键强烈扰动，表明N掺杂的氧化石墨烯和尖晶石氧化物纳米颗粒之间形成C-O-金属和C-N-金属键。Co L-edge和Mn L-edge XANES分析表明，Mn 3+取代了Co 3+位，提高了杂化材料中催化位的活性，从而进一步提高了杂化材料的ORR活性.共价键合的杂化物比纳米颗粒和包括N-rmGO的碳材料的物理混合物提供更大的活性和耐久性。在相同的质量负载下，MnCo 2 O 4/N-graphene杂化物在中等过电位下的ORR电流密度可以超过Pt/C，并且在碱性溶液中具有优于Pt/C的稳定性。
2012-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Gate-Controlled Ionization and Screening of Cobalt Adatoms on a Graphene Surface
我们描述了对沉积在背栅石墨烯器件上的单个钴（Co）原子进行的扫描隧道光谱（STS）测量。我们发现，钴吸附在石墨烯上的原子可以被电离，无论是通过应用程序的全球背栅电压或通过应用程序的局部电场从扫描隧道显微镜（STM）尖端。观察到以这种方式电离的Co吸附原子周围形成大的屏蔽云，并且我们观察到一些固有的石墨烯缺陷显示出类似的行为。我们的研究结果提供了新的见解带电杂质散射在石墨烯，以及使用石墨烯设备作为化学传感器的可能性。
2010-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen-Nitrogen Bonds Violate Stability of N-Doped Graphene
二维碳氮合金由于在纳米机械和光电子器件中的潜在应用而引起人们的迫切兴趣。这些化学结构的稳定性必须理解为它们的组成的函数。采用混合密度泛函理论和反应分子动力学模拟研究了氮原子在石墨烯中的掺入量，得出如下结论：（1）C：N=56：28结构和所有贫氮结构在1000 K下保持稳定;（2）稳定性受到N-N键的影响;（3）电子密度分布严重依赖于氮掺杂石墨烯的结构模式.我们的计算支持实验工作的生产高度N-掺杂的石墨烯和调整石墨烯的机械和光电性能。
2015-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Visualizing Individual Nitrogen Dopants in Monolayer Graphene
在单层石墨烯中，生长期间的替代掺杂可用于改变其电子性质。我们使用扫描隧道显微镜（STM），拉曼光谱，X射线光谱，和第一性原理计算，以表征在铜基板上生长的单层石墨烯中的单个氮掺杂剂。将单个氮原子作为石墨掺杂剂掺入，并且每个氮原子上的一部分额外电子离域到石墨烯晶格中。氮掺杂的石墨烯的电子结构仅在氮掺杂剂的位置的几个晶格间距内被强烈地修改。这些发现表明，化学掺杂是获得具有大载流子浓度的高质量石墨烯膜的有希望的途径。
2011-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Highly anisotropic magnetic states of Co dimers bound to graphene-vacancies
采用相对论密度泛函方法研究了钴原子和二聚体在石墨烯单空位上的吸附行为和磁性状态。据发现，在这两种情况下，形成局部磁矩，尽管强的化学结合。特别感兴趣的是具有两个钴原子附接到石墨烯片的同一侧的动力学稳定的异构体。在这种几何结构中，具有约50 meV的各向异性势垒的磁双稳态是可能的。讨论了其制备的可行性。
2012-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Structural and optical properties of cobalt slanted columnar thin films conformally coated with graphene by chemical vapor deposition
采用掠射角沉积法制备了倾斜的钴雕刻柱状薄膜，随后采用低温化学气相沉积工艺涂覆石墨烯。石墨烯沉积过程保留了雕刻薄膜的形状和几何形状，这通过扫描电子显微镜证实。根据拉曼光谱结果，石墨烯涂层为两到三个单层厚，并且具有高缺陷浓度。在雕刻的薄膜内的石墨烯覆盖率由使用广义各向异性Bruggeman有效介质近似的广义光谱椭圆偏振法确定。石墨烯覆盖率以及薄膜的结构参数与电子显微镜和拉曼观察结果非常一致，并表明石墨烯涂层是保形的。
2013-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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 stability study of nitrogen functionalities in a graphene network
在低能N+离子轰击过程中使用氮物质将具有大量高密度边缘平面的无催化剂垂直排列的石墨烯纳米片官能化，以实现六方石墨配位单元中的吡啶、氰化物和氮取代。使用高分辨率X射线光电子能谱原位研究了官能化石墨烯纳米片在20-800 μ { \circ }C的温度范围内的电子结构的演变。我们表明，低能量照射是一个有用的工具，实现氮掺杂水平高达9.6%。发现吡啶构型在室温下占优势，而在800^{ \circ }C时，石墨氮构型成为优势构型。这些发现有助于了解石墨烯中氮官能团的热稳定性，并为器件应用中氮掺杂的可控调整提供了前景。
2012-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Interaction of water with nitrogen-doped graphene
我们已经研究了水和石墨烯掺杂氮在不同的配置，即，石墨和吡啶氮，通过范德华密度泛函的相互作用。我们发现，当地的氮配置起着关键作用，在确定稳定的水的配置，而分散力是负责水的吸附。对于石墨氮，水倾向于使其氧朝向表面，而对于吡啶氮，它倾向于使其氢朝向表面，因为氮分别为正电荷和负电荷。我们的研究结果对模拟水和氮掺杂石墨系统之间的界面具有重要意义。
2022-02-16 cond-mat.mtrl-sci
"Inside Out" Growth Method for High-Quality Nitrogen-Doped Graphene
通过利用镍的催化性能和氮原子在其本体中的溶解度来制备镍上的高质量氮掺杂石墨烯。在标准化学气相沉积程序之后，将先前掺杂氮的镍衬底暴露于含碳前体，使得分离到表面的氮原子保持被捕获在生长的石墨烯网络中。通过扫描隧道显微镜和X射线光电子能谱学的形态和化学表征表明，该过程产生平坦、宽、连续的氮掺杂石墨烯层。实验结果结合一个彻底的密度泛函理论调查可能的结构模型，以获得一个清晰的描述，在原子尺度上观察到的石墨烯网格中的氮原子的各种配置。这种生长方法具有潜在的可扩展性，适用于生产具有明确定义的氮中心的高性能纳米器件，可在几个应用领域中用作无金属碳基催化剂，例如电化学，能量存储，气体存储/传感或废水处理。
2020-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Wide-Gap Semiconducting Graphene from Nitrogen-Seeded SiC
基于石墨烯的所有碳电子产品一直是一个难以捉摸的目标。十多年来，这种材料无法产生显著的带隙，阻碍了半导体石墨烯的发展。虽然化学功能化被认为是获得半导体石墨烯的途径，但化学吸附物中的无序导致低迁移率，已被证明是其生产中的障碍。我们展示了一种生产半导体石墨烯的新方法，该方法使用小浓度的共价键合的表面氮，而不是作为功能化石墨烯的手段，而是作为约束和弯曲石墨烯的一种方式。我们证明，SiC上的氮的亚单层浓度足以将外延石墨烯钉在SiC界面上，因为它的生长，导致石墨烯弯曲。石墨烯的所得三维调制在另外连续的金属石墨烯片中打开大于0.7eV的带隙。
2014-04-15 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of nitrogenated holey graphene
氮化多孔石墨烯（NHG）因其半导体性质而备受关注。然而，堆叠顺序和缺陷的性质还没有被调查。在这封信中，NHG的结构和堆叠性能进行了研究。我们得到了最稳定的堆积结构。然后，研究了块体和多层NHG的能带结构。讨论了应变对带隙和键合特性的影响。此外，我们还研究了NHG中碳空位（VC）、碳间隙（Ci）、氮空位（VN）和氮间隙（Ni）等本征缺陷的形成机制。这些原生缺陷的形成能和过渡水平进行了评估。
2017-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Defect configuration, not nitrogen content, governs the mechanical integrity of nitrogen-doped graphene: a molecular dynamics study
The University of Alabama in Huntsville（阿拉巴马大学亨茨维尔分校）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉工程技术大学）
研究氮掺杂石墨烯机械完整性，通过分子动力学模拟，对比石墨氮簇、空位和吡啶氮簇，发现缺陷构型而非氮含量起决定作用，还明确了共存缺陷相互作用及载荷关系，为容错设计提供依据。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Ab Initio Many-body Study of Cobalt Adatoms Adsorbed on Graphene
最近已经进行了许多计算来研究吸附在石墨烯上的Co原子，在成键的性质上具有显著不同的结果。我们使用非相干场量子Monte Carlo（AFQMC）和尺寸修正嵌入方案精确计算了Co在石墨烯上的结合能。我们发现，随着Co原子与六重空位之间的距离h的变化，存在三种不同的基态，对应于Co原子的三种电子构型.其中两种状态提供结合，并表现出双阱特征，在h = 1.51和h = 1.65埃时具有几乎相等的0.4 eV的结合能，分别对应于低自旋$^2$ Co（3d9 4s0）和高自旋$^4$ Co（3d8 4s1）。
2012-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The electric field as a novel switch for uptake/release of hydrogen storage in nitrogen doped graphene
氮掺杂石墨烯最近被合成，并且据报道是在垂直施加的电场（F）下用于氢解离吸附的催化剂。本文利用密度泛函理论研究了在垂直电场存在和不存在的情况下，H原子在N掺杂石墨烯上的扩散.我们证明，外加电场可以显着促进氮掺杂石墨烯上的氢分子的结合，通过解离吸附和表面上的扩散。通过去除外加场，可以有效地释放被吸收的H原子。我们的理论计算表明，N掺杂石墨烯是一种很有前途的储氢材料，具有可逆的氢吸附/脱附，其中施加的电场可以作为摄取/释放过程的开关。
2011-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Anatomy and giant enhancement of the perpendicular magnetic anisotropy of cobalt-graphene heterostructures
我们从第一性原理和实验两个方面报道了石墨烯涂层对Co薄膜垂直磁各向异性的增强作用。我们的计算表明，石墨烯可以显着提高钴膜的表面各向异性高达其原始对应物的两倍，并可以扩展面外有效各向异性高达前所未有的厚度25纳米。这些发现支持我们的实验上生长在Ir衬底上的Co膜上的石墨烯涂层。此外，我们报告层分辨和轨道杂化分辨各向异性分析，这有助于理解PMA的物理机制，更实际地可以帮助设计结构与巨大的PMA。作为一个例子，我们提出了超交换稳定的Co-石墨烯异质结构，其具有稳健的面外恒定有效PMA和线性增加的界面各向异性作为膜厚度的函数。这些发现指出了工程石墨烯/铁磁金属异质结构的可能性，其巨大的磁各向异性比传统多层膜大20倍以上，这构成了未来石墨烯和传统自旋电子技术的标志。
2015-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-performance monolayer MoS2 field-effect transistor with large-scale nitrogen-doped graphene electrodes for Ohmic contact
有限的肖特基势垒和单层MoS 2与电极之间的大接触电阻是发展高性能场效应晶体管（FET）的主要瓶颈，阻碍了低温下谷自旋输运等本征量子行为的研究。已经开发了栅极可调石墨烯电极平台以改善MoS 2 FET的性能。然而，原始石墨烯的功函数与MoS 2的导带之间的固有不对准导致FET的大阈值电压，因为仅在非常高的栅极电压和载流子浓度（~1013 cm-2）下观察到欧姆接触行为。在这里，我们提出了高性能的单层二硫化钼场效应晶体管欧姆接触在适度的栅极电压通过使用化学气相沉积（CVD）氮掺杂的石墨烯具有高的本征电子载流子密度。CVD氮掺杂石墨烯和单层MoS 2混合FET平台在零栅极电压下表现出-54.2V的大的负偏移阈值电压和无势垒欧姆接触。与原始石墨烯电极平台相比，氮掺杂石墨烯的透明接触导致单层MoS 2 FET的导通电流提高了214%，场效应载流子迁移率提高了四倍。输运测量以及热退火前后的拉曼和X射线光电子能谱学分析表明，CVD氮掺杂石墨烯中的原子C-N键合是电子掺杂的主导效应。大规模的氮掺杂石墨烯电极为高性能器件的开发和独特量子行为的研究提供了一个很有前途的器件平台。
2019-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis, Structure and Properties of Boron and Nitrogen Doped Graphene
二维石墨烯在室温下表现出许多迷人的性质，例如弹道电子传导和量子霍尔效应。1 -4电化学掺杂或通过电子供体和电子受体分子的电荷转移掺杂的石墨烯，5-7显示出电子结构的显著变化，在拉曼光谱中具有特征签名。5 -10取代掺杂，普遍用于半导体的调谐性质，可以成为控制石墨烯电子特性的有力工具。在这里，我们提出的结构和性能的硼和氮掺杂的石墨烯，通过一个以上的方法，包括电弧放电在适当的气氛中，通过使用改性石墨电极或通过纳米金刚石的转化。使用实验和第一性原理理论相结合，我们证明了系统的变化，在载流子浓度和电子结构的石墨烯与B/N掺杂，伴随着硬化的G带和增强的缺陷相关的D-带的拉曼光谱。在没有外部场或化学试剂的情况下获得的这种n/p -型石墨烯应该找到器件应用。
2009-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen Doped Graphene Quantum Dots as Possible Substrates to Stabilize Planar Conformer of Au 20 Over its Tetrahedral Conformer: A Systematic DFT Study
利用氮掺杂的石墨烯量子点（N-GQD）的强度作为基底，在此，我们已经表明，与N-GQD上的晶体学上更稳定的四面体结构（T-Au 20）相比，可以稳定催化活性更高的平面Au 20（P-Au 20）。显然，这种简单的途径避免了使用传统的过渡金属氧化物基底，传统的过渡金属氧化物基底已经被建议并用于长期稳定平面结构。考虑到N-GQD合成和N掺杂石墨烯上Au纳米颗粒稳定化的实验成功，我们希望我们提出的稳定平面结构的方法将在实验上实现，并将用于工业级应用。
2014-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Ordered Semiconducting Nitrogen-Graphene Alloys
通过第一性原理计算研究了石墨烯中取代氮原子之间的相互作用。由于氮原子之间的静电排斥作用，氮掺杂剂之间的最近邻相互作用是高度排斥的，这阻碍了氮掺杂石墨烯中的完全相分离。有趣的是，由于氮掺杂引起的各向异性电荷重新分布，存在两个相对稳定的氮-氮对。通过团簇展开技术和粒子群优化方法，我们揭示了两种稳定的半导体有序N掺杂石墨烯结构C3 N和C12 N。特别地，C12 N具有0.98eV的直接带隙。C12 N和石墨烯纳米带之间的异质结可能是有前途的有机太阳能电池。
2012-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of Nitrogen Atom Clusters and Vacancy Defects on Graphene: A Molecular Dynamics Investigation
Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程与技术大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
研究通过分子动力学模拟比较了氮原子簇与等效尺寸空位缺陷对石墨烯机械性能的影响，发现氮簇显著降低机械性能，而空位缺陷则提高刚度但降低韧性，揭示了不同缺陷的失效机制差异。
2025-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Long-range interactions between substitutional nitrogen dopants in graphene: electronic properties calculations
石墨烯作为一种真正的二维晶体，具有特殊的性质。特别地，石墨烯中的点状缺陷可能具有长范围的影响。这种特殊性的问题的有效性，使用一个超级细胞的几何形状，试图探索一个孤立的缺陷的属性。尽管如此，这种方法经常用于从头计算电子结构计算。这种方法如何收敛于超级原胞的大小通常不会解决，原因很明显，就是要将计算负载保持在可承受的水平。本论文研究了石墨烯的取代氮掺杂问题。DFT计算已经进行了9x9和10x10的超级细胞。虽然这些计算对应的N浓度相差约10%，发现缺陷上和周围的局部态密度显着依赖于超晶胞的大小。拟合DFT结果的紧束缚哈密顿量使得有可能探索的替代N原子的随机分布的影响，在有限浓度的情况下，并接近孤立的杂质的情况下，当浓度为零。紧束缚哈密顿量被用来计算孤立的N原子周围的石墨烯的STM图像。还计算了掺杂有0.5%浓度氮的石墨烯的STM图像。结果进行了讨论，在最近的实验数据和计算的结论扩展到其他点缺陷的石墨烯。
2012-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Peripheral Nitrogen Topology as a Defect-Chemical Switch for Electronic and Magnetic States in Graphene: A First-Principles Study of Pyridinic, Pyridazinic, Pyrrolic, and Pyrazolic Configurations
Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程与技术大学）；University of Alabama in Huntsville（阿拉巴马大学亨茨维尔分校）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
通过第一性原理计算，研究了四种外围氮构型（吡啶、哒嗪、吡咯和吡唑）对含中心空位石墨烯的结构稳定性、电荷分布、电子结构和磁响应的影响，发现吡啶氮具有最佳结构-能量平衡，而吡唑石墨烯打开窄带隙且无净磁化，表明外围氮拓扑可作为缺陷化学开关实现无金属自旋电子和半导体图案化。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Electron-Hole Symmetry Breaking in Charge Transport in Nitrogen-Doped Graphene
石墨氮掺杂石墨烯是研究带电杂质对无质量狄拉克费米子散射过程的一个很好的平台，其中氮原子直接取代石墨烯晶格中的碳原子，由于没有晶格缺陷，可以保持高的迁移率。在这项工作中，我们报告的高品质石墨氮掺杂石墨烯的电和磁输运测量。我们发现，在石墨烯中的取代氮掺杂剂引入原子尖锐的电子散射，但长程库仑散射的空穴，因此，石墨氮掺杂的石墨烯表现出明确的电子-空穴输运性质的不对称性。分析了氮掺杂石墨烯中载流子的主要散射过程。结果表明，电子-空穴的不对称性起源于电子和空穴的谷间散射的明显差异。我们还进行了不同温度下的石墨氮掺杂石墨烯的磁输运测量和谷间散射，谷内散射和相位相干散射率的温度依赖性提取和讨论。我们的研究结果为石墨烯中取代氮掺杂诱导的谷间散射中的电子-空穴不对称性提供了证据，并为石墨氮掺杂石墨烯在电子和谷电子器件中的广泛和潜在应用提供了依据。
2017-05-03 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
Tunable microwave absorption performance of nitrogen and sulfur dual-doped graphene by varying doping sequence
硫氮双掺杂石墨烯在氧还原反应、超级电容器和电池等领域得到了广泛的研究，但其磁性和吸附性能尚未被探索。此外，硫、氮原子的掺杂顺序对双掺杂石墨烯的形貌、结构及相应的微波吸收性能的影响还有待进一步研究。本工作采用可控的两步简易热处理方法成功制备了不同掺杂顺序的氮硫双掺杂石墨烯。第一次掺杂过程对双掺杂石墨烯样品的形貌、晶粒尺寸、层间距、掺杂程度以及最终的磁性和微波吸收性能起着决定性的作用。同时，第二掺杂步骤影响掺杂位点，并进一步对最终掺杂的石墨烯具有修复或损伤作用。双掺杂石墨烯样品具有两个明显的吸收峰，其强度由掺杂元素的顺序决定。这种具有受控掺杂顺序的氮和硫双掺杂石墨烯提供了一种策略，用于理解氮和硫作为石墨烯中的双掺杂剂之间的相互作用，并通过改变掺杂顺序进一步获得具有可调吸收带的微波吸收材料。
2020-03-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Observation of Active Sites for Oxygen Reduction Reaction on Nitrogen-doped Multilayer Graphene
氮掺杂石墨烯在氧还原反应（ORR）中的活性位点和催化机理已经被广泛研究，但仍然没有定论，部分原因是缺乏可以检测活性位点的实验方法。在这份报告中提出，氮掺杂石墨烯上的活性位点可以通过检查其化学组成变化之前和之后的ORR来确定。基于同步加速器的X射线光电子能谱学分析的三个氮掺杂的多层石墨烯样品显示，氧还原中间体OH（ads），它应该化学连接到活性位点保持在邻近的吡啶氮的碳原子上的ORR后。此外，ORR后大量的OH（ads）连接对应于高催化效率，反之亦然。这些指出，靠近吡啶氮的碳原子是不同的氮掺杂配置中的主要活性位点。
2014-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient Green Emission from Edge States in Graphene Perforated by Nitrogen Plasma Treatment
石墨烯的等离子体功能化是调节其掺杂水平的简便方法之一，而不需要使石墨烯光致发光的湿化学品。具有准自由悬浮顶层的双层CVD石墨烯的二维结构中的微观波纹（例如石墨烯波纹、纳米圆顶和气泡）可显著增强局部反应性，从而导致暴露于等离子体时的蚀刻效应。在这里，我们发现用氮等离子体处理的双层CVD石墨烯表现出有效的UV-绿-红发射，其中在250 nm处的激发导致分别在390、470和620 nm处具有峰值的光致发光。利用拉曼散射和椭圆偏振光谱研究了氧和氮等离子体掺杂对单层和双层CVD石墨烯光学性质的影响。用原子力显微镜研究了样品的表面形貌。结果表明，在氮等离子体处理后，双层石墨烯的顶层变得穿孔。我们的综合研究表明，占主导地位的绿色发射与填充氮的多孔石墨烯的边缘缺陷结构有关。在氮等离子体处理的多孔石墨烯中发现的有效发射可能对先进光电材料的开发具有重大潜力。
2019-11-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unravelling Dzyaloshinskii-Moriya interaction and chiral nature of Graphene/Cobalt interface
未来自旋电子学的一个主要挑战是开发合适的自旋输运通道，具有长的自旋寿命和传播长度。石墨烯可以满足这些要求，即使在室温下。另一方面，利用手性纹理的快速运动，即，Néel型畴壁和磁层，可以满足高密度数据存储、低功耗和高处理速度的要求。我们设计了外延结构，其中外延铁磁Co层夹在依次生长到MgO（111）衬底上的外延Pt（111）缓冲层和石墨烯层之间。我们提供的证据表明，石墨烯诱导的垂直磁各向异性增强到4 nm厚的Co膜，和存在手性左手Néel型畴壁稳定的有效Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya）在堆栈中。实验结果表明，在gr/Co界面，这是描述在传导电子介导的Rashba-dielectric机制和点相反的自旋轨道耦合诱导的dielectric在Co/Pt界面的一个相当大的dielectric的证据。此外，石墨烯的存在导致：i）用于Co生长的表面活性剂作用，产生插层的、平坦的、高度完美的fcc膜，与Pt假晶，和ii）有效的防止氧化。这种磁性手征织构在室温下是稳定的，并且生长在绝缘衬底上。我们的研究结果开辟了新的途径，以控制手性自旋结构，使用界面工程在石墨烯为基础的系统，为未来的自旋轨道器件完全集成在氧化物基板上。
2018-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on the electronic and transport properties of periodically nitrogen-doped graphene and carbon nanotube superlattices
基于最近关于$\sqrt{3} \times \sqrt{3}$石墨烯超晶格中存在谷间相互作用的报道，我们利用第一性原理计算研究了周期性氮掺杂石墨烯和碳纳米管纳米结构的电子性质.在这些结构中，氮原子以精确的周期性取代原始六方晶格中六分之一的碳原子，形成石墨烯和碳纳米管的完美$\sqrt{3} \times \sqrt{3}$超晶格。探索了$\sqrt{3} \times \sqrt{3}$石墨烯带和碳纳米管的多种纳米结构，并且所有配置都显示出金属和金属行为。利用非平衡格林函数方法结合密度泛函理论计算了$\sqrt{3} \times \sqrt{3}$石墨烯和碳纳米管超晶格的输运性质。在一定条件下，原始和$\sqrt{3} \times \sqrt{3}$扶手椅型碳纳米管异质结构的透射光谱表现出量子化行为。
2017-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen-Functionalized Graphene Nanoflakes (GNFs:N): Tunable Photoluminescence and Electronic Structures
研究了氮功能化的二维石墨烯纳米片（GNF：N）中观察到的强光致发光（PL）和X射线激发的光学发光，这是由于π态区域的态密度显著增强以及π和π* 态之间的间隙引起的。类吡啶N-C、类石墨N和C=O键的sp2团簇数目的增加以及N和O原子向sp2团簇的共振能量转移是导致蓝移和主要PL发射特征增强的原因。通过X射线吸收近边结构、X射线发射光谱和共振非弹性X射线散射研究发现，荧光增强与电子结构和成键性质的变化密切相关。该研究表明，可以通过适当调节GNF中的氮和氧含量来定制PL发射，并为新型光电子器件铺平道路。
2012-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen reduction reactions on pure and nitrogen-doped graphene: a first-principles modeling
基于第一性原理密度泛函理论计算，我们探讨了氧还原反应在原始和氮掺杂石墨烯与不同的氮掺杂量的能量。氧还原的过程比金属催化的反应多一步。计算结果证明，对于轻掺杂石墨烯（约4%的氮）的情况，每个步骤的能垒低于Pt表面上的相同工艺。与金属表面的催化相比，掺杂石墨烯的最大覆盖率较低，并且取决于石墨烯的导电性。讨论了氧负荷和波纹引起的能垒变化。
2011-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nitrogen-Doped Graphene Sheets Grown by Chemical Vapor Deposition: Synthesis and Influence of Nitrogen Impurities on Carrier Transport
通过成功合成n型和p型掺杂的石墨烯，将为实现石墨烯作为纳米电子学中的二维材料的实际应用提供重大进展。然而，仍然缺乏可靠的掺杂和对石墨烯晶格中由电离的施主或受主控制的带电杂质存在下的载流子输运的透彻理解。在这里，我们报告的实验实现少层氮掺杂（N掺杂）石墨烯片的化学气相沉积的有机分子1，3，5-三嗪铜金属催化剂。通过降低生长温度，氮掺杂的原子百分比从2.1%提高到5.6%。随着掺杂浓度的增加，N掺杂石墨烯片表现出从p型到n型的交叉行为，伴随着电子-空穴输运不对称性的强烈增强，表现出掺入的氮杂质的影响。此外，通过对X射线光电子能谱学、拉曼光谱和电学测量数据的分析，我们发现吡啶类和吡咯类N杂质在决定N掺杂石墨烯片中载流子输运行为方面起着重要作用。
2013-10-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Silicon and silicon-nitrogen impurities in graphene: structure, energetics and effects on electronic transport
我们从理论上研究了石墨烯中硅和硅氮杂质的原子结构和能量学。利用密度泛函理论，我们可以深入了解杂质的原子结构，评估它们的形成能并评估它们在现实样品中的丰度。我们发现，氮，以及氧和氢，被困在硅杂质，大大改变了系统的电子特性。此外，我们表明，氮掺杂可以诱导局部磁矩导致自旋相关的输运性质，即使硅和氮杂质本身都是磁性的。为了模拟具有许多随机分布的杂质的大系统，我们推导出描述杂质对石墨烯π电子结构的影响的紧束缚模型。然后利用线性标度的实空间Kubo-Greenwood方法，计算了杂质随机分布大系统的输运性质，得到了每种杂质的类指纹散射截面.输运性质变化很大，我们的研究结果表明，一些杂质甚至可以在实际的石墨烯样品中诱导强烈的局域化。
2015-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Increasing the active surface of titanium islands on graphene by nitrogen sputtering
研究了石墨烯上钛岛的形成与缺陷密度的关系。当在原始石墨烯上沉积钛时，钛原子聚集并形成平均直径约为10 nm且平均高度为几个原子层的岛。我们发现，如果通过离子轰击在石墨烯中引入缺陷，则沉积的钛原子的迁移率降低，并且岛的平均直径减小到5nm，具有单原子高度。这导致了储氢应用的最佳覆盖率，因为每单位石墨烯面积可用的实际钛表面显著增加。
2015-02-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Adsorption of cobalt on graphene: Electron correlation effects from a quantum chemical perspective
在这项工作中，我们研究了一个单一的钴原子（Co）在石墨烯上的吸附通过完整的活性空间自洽场的方法，另外校正的二阶微扰理论。石墨烯的局部结构由平面烃簇（C $_{24}$ H $_{12}$）建模。系统处理的电子相关性和研究激发态的可能性，使我们能够重现不同的电子配置的Co的势能曲线。我们发现，在接近表面时，基态配置的Co经历了几个过渡，产生两个稳定的状态。第一个对应于高自旋$3d^74s^2$（$S=3/2$）构型中吸附原子的物理吸附，而第二个来自强轨道杂化形成的化学键，导致低自旋$3d^9$（$S=1/2$）状态。由于$3d^9$构型的不稳定性，Co的吸附能在两种情况下都很小，不超过0.35 eV。我们分析所得到的结果在一个简单的模型哈密顿量，涉及库仑排斥（$U$）和交换耦合（$J$）参数为3 $d$壳的Co，我们估计从第一原理计算。我们发现，虽然交换相互作用吸附后保持不变（$\simeq1.1$ eV），库仑排斥显着减少距离（从5.3至2.6 $\pm$ 0.2 eV）。筛选的$U$有利于更高的职业的3 $d$壳层，因此在很大程度上是负责的互构过渡的Co.最后，我们讨论的方法是基于密度泛函理论相对于石墨烯上的过渡金属原子的局限性，我们得出结论，一个适当的帐户的电子相关性是至关重要的吸附在这样的系统中的描述。
2012-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Doping the spin-polarized Graphene minicone on Ni(111)
本文理论研究了在Gr/Ni(111)上掺杂稀土离子以诱导自旋极化微锥态至费米能级的可行性，通过比较不同稀土离子确定了最佳掺杂元素并阐明了电荷转移机制。
2024-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous Nitrogen-Doping and Reduction of Graphene Oxide
我们开发了一种简单的化学方法，通过在氨中对GO进行热退火来获得大量的N掺杂的还原氧化石墨烯（GO）片。X射线光电子能谱学（XPS）研究表明，在300 ℃的低温下，GO片中的N掺杂量最高，在500 ℃时达到约5%N。N掺杂伴随着GO的还原，其中氧水平从所制备的GO中的~28%下降到1100 C NH3反应的GO中的~2%。掺杂的GO的N结合构型的XPS分析在掺杂的样品中发现吡啶N，在较高温度（> 90 ℃）下退火的GO中具有增加的季N（取代石墨烯平面中的碳原子的N）。发现GO中的氧基团负责与NH3和C-N键形成的反应。通过在H2中热退火的具有较少氧基团的预还原GO表现出与NH3的反应性大大降低和较低的N掺杂水平。单个GO片器件的电测量表明，在NH3中退火的GO比在H2中退火的GO表现出更高的电导率，表明通过在NH3中退火比在H2中退火更有效地还原GO，与XPS数据一致。在三端器件中，N掺杂的还原GO在负栅压下显示出明显的n型电子掺杂行为，具有狄拉克点（DP）。我们的方法可以导致大量的N-掺杂的，还原的GO片的合成，可用于各种实际应用。
2009-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of graphene functionalized with boron and nitrogen
我们提出了一个理论研究的结构和电子性质的石墨烯单层功能化与硼和氮原子取代碳原子。我们的研究是基于密度泛函理论框架下的从头计算。我们计算的功能化系统的结合能，功能化引起的形态变化，并进一步的带隙能量作为掺杂剂浓度的函数。此外，我们解决了在给定浓度下掺杂剂可能聚集的问题。我们定义的聚类参数来量化的功能化系统的B/N原子的分布上的属性的依赖性。我们发现，在石墨烯中的B/N原子的集群是积极的掺杂剂的均匀分布相比，不利的。对于大多数的结构，我们观察到一个非零的能隙，这是只有轻微的取代基原子的浓度依赖。
2013-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging graphene field-effect transistors on diamond using nitrogen-vacancy microscopy
已经提出了基于金刚石中的氮空位（NV）传感器的集合体的成像技术应用于微电子器件，但是NV感测与操作门控器件的兼容性仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们直接在金刚石表面上制造石墨烯场效应晶体管（GFET），并通过NV显微镜对其进行观察。门控石墨烯内的电流密度是根据NV磁力测量法在主要是p型和n型掺杂下重建的，但发现确切的掺杂水平受到测量的影响。此外，我们观察到一个令人惊讶的大调制的电场在金刚石表面下施加的栅极电位，看到在NV光致发光和NV电测量，表明氧化物-石墨烯-金刚石结构的复杂的静电响应。可能的解决方案，以减轻这些影响进行了讨论。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multiproperty Atomistic Characterization of a Synthesized Pyrazinic Nitrogen-Doped Porous Armchair Graphene Nanoribbon
Laboratory of NanoEngineering, College of Technology, University of Brasília（巴西利亚大学技术学院纳米工程实验室）；Graduate Program in Physics, Institute of Physics, University of Brasília（巴西利亚大学物理研究所物理研究生项目）；Center for Agri-Food Science and Technology, Federal University of Campina Grande（坎皮纳格兰德联邦大学农业食品科学与技术中心）；Institute of Physics, Federal University of Rio Grande do Norte（北里奥格兰德联邦大学物理研究所）；Department of Applied Physics, Gleb Wataghin Institute of Physics, University of Campinas（坎皮纳斯大学格列布·瓦塔金物理研究所应用物理系）；Department of Electrical Engineering, College of Technology, University of Brasília（巴西利亚大学技术学院电气工程系）
本研究通过原子级表征揭示了穿孔和氮掺杂在扶手椅型石墨烯纳米带中的不同作用：穿孔主导力学热学性质，氮掺杂控制电子光学性质，并发现其声子平均自由程与合成长度匹配。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Excitonic circular dichroism in boron-nitrogen clusters decorated graphene
本研究基于第一性原理计算提出硼氮团簇掺杂石墨烯体系，利用对称性破缺实现高效能谷极化，证实其可产生圆二色性能谷霍尔效应，且激子量子比特可用于信息处理。
2024-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Nanoribbon based T Junctions
本文设计并研究了石墨烯纳米带T结。这些连接由肩部（锯齿形GNR）和茎部（扶手椅型GNR）连接而成。我们用第一性原理量子输运模拟的方法证明了结的本征输运性质和有效的硼（或氮）掺杂。结果表明：（1）纯碳T结的I-V特性符合欧姆定律，其电导率敏感地依赖于主干的高度。ii）在茎部掺杂硼（或氮）并不改变T结的欧姆定律，而在肩部掺杂则相反。该特征可以使这种准2D T结成为纳米电子器件的2D网络中的纳米级结器件的可能候选者，其中可以控制导电路径。
2008-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between Nitrogen Dopants and Native Point Defects in Graphene
为了理解氮掺杂与石墨烯中本征点缺陷之间的相互作用，我们通过密度泛函理论计算研究了含空位和Stone-Wales（SW）缺陷的氮掺杂石墨烯的能量稳定性.我们的研究结果表明，N取代积极地倾向于发生在缺陷附近的碳原子，特别是那些网站具有较大的键缩短，表明缺陷引起的应变起着重要的作用，在有缺陷的石墨烯中的N掺杂剂的稳定性。在单空位的存在下，N掺杂剂的最稳定的位置是类吡啶配置，而对于其他点缺陷的研究（SW缺陷和双空位）N更喜欢在五边形环的网站。原生点缺陷对N掺杂剂的影响相当强：虽然N掺杂在无缺陷的石墨烯中是吸热的，但对于有缺陷的石墨烯，它变成放热的。我们的结果表明，本征点缺陷和N掺杂剂相互吸引，即，合作效应，这意味着替代N掺杂剂将增加点缺陷产生的概率，反之亦然。我们的研究结果支持最近的实验研究石墨烯的N掺杂。此外，我们指出了聚集的多个N掺杂剂附近的原生点缺陷的可能性。最后，我们对Fe吸附对N掺杂剂聚集稳定性的影响作了简要的评论。
2012-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Type-I and type-II Dirac fermions in graphene with nitrogen-molecule line defects
最近，II型狄拉克费米子的特点是强标题狄拉克锥已被提出。这种新的费米子表现出不同于石墨烯中的I型狄拉克费米子的独特物理性质，因而引起了人们的极大关注。迄今为止，所有的II型费米子都只存在于自旋轨道耦合较强的重化合物中。在这里，我们提出，类型I和类型II狄拉克费米子可以存在于石墨烯嵌入氮分子线缺陷（NMLDs）。而狄拉克费米子的类型取决于线缺陷之间石墨烯纳米带的尺寸W。通过对这两类狄拉克费米子的比较，直观地揭示了它们不同的物理性质和起源。值得注意的是，I型狄拉克点诱导一个费米弧对应的边缘状态沿扶手椅方向，而II型狄拉克点诱导两个费米弧对应的两组边缘状态沿锯齿形方向。这些结果不仅扩展了我们对二维狄拉克费米子的认识，而且也拓展了它们在电子学中的应用。
2016-12-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Nitrogen-doped graphene based triboelectric nanogenerators
收集所有可用的清洁能源是一项重要战略，有助于治愈目前对非可持续能源的依赖。最近，摩擦电纳米发电机（TENG）作为新的机械能采集器已经获得了关注，提供了电池的有效替代品，特别适用于便携式设备。这里，通过掺入氮掺杂的石墨烯（N_graphene）获得了少层石墨烯基电极的增加的电容，使得TENG功率输出能够提高3倍。研究了不同类型N_graphene的电子性质、掺杂浓度以及N-吡啶和N-石墨位置的相对含量对TENGs性能的影响。这些位点具有不同的电子亲和力，并且协同地有助于N-石墨烯的电容和电阻性质的变化，从而有助于TENG性能的变化。结果表明，当N_graphene，一种n-半导体，被连接在正摩擦电材料和电极之间时，TENG的功率增强发生，而当它被放置在与负摩擦电材料的界面处时，观察到电性能的劣化。这种行为是解释在N_石墨烯量子电容对电极化学势的依赖性，其根据在摩擦起电时在两个电极处诱导的相反极化而移位。
2021-07-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Quantum ATK Analysis and Detection of Toxic Gases Nitrogen Oxide using Pristine, Defective, and Doped Graphene
本研究针对一氧化氮有毒气体检测需求，探究原始、过渡金属掺杂及单空位缺陷石墨烯的传感性能，结合NEGF方法分析传感机制，发现缺陷石墨烯吸附能与灵敏度最优，为气体传感器研发提供了新方向。
2025-03-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Aluminium storage using nitrogen-doped graphene nanoribbons from first principles
原始石墨烯与Al的相互作用相对较弱，Al是新一代金属离子电池的重要物质。我们采用DFT计算来探索增强Al与石墨烯相互作用的可能性。我们调查非掺杂和N-掺杂的石墨烯纳米带，解决的边缘网站，这是总是存在于一定程度上在真实的样品，和含N的缺陷对材料的反应性对Al的影响。结果进行了比较，以原始石墨烯。我们表明，引入边缘不影响能量的Al吸附显着本身。另一方面，石墨烯纳米带的N-掺杂被发现影响Al的吸附能的程度，强烈地依赖于含N缺陷的类型。虽然石墨和吡咯N引起最小的变化，边缘NO基团的引入和平面内吡啶N的掺杂导致Al吸附几乎是原始石墨烯上的两倍强。研究结果对进一步设计铝离子二次电池用新材料具有指导意义。
2021-06-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
