Long spin relaxation times in wafer scale epitaxial graphene on SiC(0001)
我们开发了一种简单的，可升级的过程，在SiC（0001）上外延生长的单层石墨烯上制备横向自旋阀器件，并进行非局域自旋输运测量。我们在单层石墨烯中观察到最长的自旋弛豫时间τ_S，而自旋扩散系数D_S与剥离石墨烯的典型结果相比大大降低。τ_S值的增加可能与底物的改变有关，而D_S值较小的原因尚不清楚。
2012-02-14 cond-mat.mes-hall
Room temperature on-wafer ballistic graphene field-effect-transistor with oblique double-gate
我们已经制造和测量了弹道石墨烯晶体管，具有两个可以独立偏置的倾斜栅极。栅极长度约为38 nm，并且间隔30 nm的距离，相对于间隔190 nm的源极和漏极的倾斜角为45 °。电测量揭示了弹道载流子输运的特定性质，即非线性漏极电压-漏极电流依赖性，显示出饱和区域，以及在某些偏置电压下的负微分电阻，如果没有与弹道输运相关的物理机制，则无法解释这些特性。在从4英寸石墨烯晶片切割的芯片上制造了数十个具有非常大的跨导的弹道晶体管。这种双栅极晶体管配置也可以用作极其高效的最先进的光电探测器。
2016-04-09 cond-mat.mes-hall
Wafer-Scale Single-Crystalline Monolayer Graphene
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Clemson University（克莱姆森大学）；RISE (Research Institutes of Sweden)（瑞典研究院）；Gothenburg University（哥德堡大学）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Nordita（北欧理论天体物理学中心）
通过一步剥离法在硅碳化物上制备出无多层域的单晶单层石墨烯，实现了晶圆级高质量石墨烯的生产。
2025-11-29 cond-mat.mes-hall
Wafer scale growth and characterization of edge specific graphene nanoribbons
在场效应晶体管中使用石墨烯的方法之一是通过量子限制效应引入带隙[1]。这就是为什么宽度小于50 nm的窄石墨烯纳米带（GNR）被认为是未来石墨烯电子产品的重要组成部分。使用可缩放光刻法在SiC（0001）台面结构的侧壁上生长石墨烯显示出产生具有优异传输特性的高质量GNR [2-7]。这种外延石墨烯纳米带在基础科学中非常重要，但如果GNR应该用于先进的纳米电子学，则应该在大（晶片）规模上生产高质量的薄（<50 nm）纳米带。在这里，我们提出了一种技术，可扩展的模板生长的高品质GNR的Si面的SiC（0001），并提供详细的结构信息以及输运性质。我们成功地沿[1-100]和[11-20]两个晶向生长GNR。通过高分辨率STM、暗场LEEM和传输测量的综合表征证实了生长的纳米带的质量。
2018-09-26 cond-mat.mes-hall
Graphene Nanoribbon Field-Effect Transistors on Wafer-Scale Epitaxial Graphene on SiC substrates
我们报告了在大面积外延石墨烯上实现的~10 nm宽的顶栅石墨烯纳米晶体管场效应晶体管（GNRFFET），其具有~0.14 eV的带隙开口。与先前观察到的GNRs的无序输运和严重的边缘粗糙度效应相反，这里给出的实验结果清楚地表明，在精心制作的GNRFEFET中的输运机制在室温下是常规的带输运，在低温下是带间隧穿。整个空间的温度，尺寸和几何形状依赖的传输特性和静电的GNRFESTs的解释由传统的电子发射和隧穿电流模型。我们结合实验和建模工作证明，精心制作的窄GNRs的行为作为传统的半导体，仍然是电子开关器件的潜在候选人。
2013-10-25 cond-mat.mes-hall
Room temperature strain-induced Landau levels in graphene on a wafer-scale platform
石墨烯是研究大量量子现象的强大平台。当石墨烯在特定的几何形状中受到应变时，它的一个显着特性就会出现，并且电子的行为就像它们受到磁场的影响一样。以前，这些应变引起的伪磁场已被探索在纳米和微米尺度上使用扫描探针和运输测量。相反，异质外延应变是一种晶圆级的工程方法。在这里，我们表明，赝磁场可以通过晶片级外延生长在石墨烯中产生。SiC衬底中的浅三角形纳米棱镜产生41 T的应变诱导均匀场。这使得在室温下观察应变诱导的朗道能级，如角分辨光电子能谱检测，并证实了模型计算和扫描隧道显微镜测量。我们的工作证明了在晶片级平台上利用二维狄拉克材料中的应变诱导量子相位的可行性，为新的应用开辟了领域。
2019-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Wafer-scale graphene/ferroelectric hybrid devices for low-voltage electronics
在功能基底上制备石墨烯及其衍生物可能为探索石墨烯的内在电子性质和新功能提供巨大的机会。然而，由于剥离和相关转移方法的样品产率非常低，替代SiO $_{2}$的努力受到很大阻碍。在这里，我们报告了一个新的路线，探索新的石墨烯物理和功能，通过转移大规模的化学气相沉积单层和双层石墨烯功能基板。使用铁电体Pb（Zr $_{0.3}$ Ti $_{0.7}$）O $_{3}$（PZT），我们展示了在$\pm1$ V内的石墨烯场效应晶体管的超低电压操作，其中最大掺杂超过$10^{13}\,\mathrm{cm^{-2}}$并且开关比大于10倍。在极化PZT之后，石墨烯场效应晶体管的开关的特征在于显著的电阻滞后，适用于超快非易失性电子器件。
2011-01-07 cond-mat.mes-hall
Graphene photodetectors with a bandwidth larger than 76 GHz fabricated in a 6 inch wafer process line
近年来，数据流量呈指数级增长，预测表明通信基础设施和服务提供商可以解决巨大的市场。然而，现有技术的加工能力、空间和能源消耗是开发这些市场的严重瓶颈。芯片集成光通信系统有望显著改善与当前技术相关的这些问题。目前，哪种材料最适合超快芯片集成通信系统的问题的答案仍然是开放的。在这篇手稿中，我们报告了带宽超过76 GHz的超快石墨烯光电探测器，非常适合每通道速度超过100 GBit/s的通信链路。我们提取的时间尺度，其中在石墨烯中产生的热辐射光响应的上限值为7.2 ps。光电探测器在半导体中试生产线中的6英寸绝缘体上硅晶片上制造，证明了高性能石墨烯基器件的可扩展制造。
2017-03-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Wafer-scale CMOS-compatible graphene Josephson field-effect transistors
本文提出晶圆级CMOS兼容的石墨烯JoFET制备工艺，实现低接触电阻、顶栅可调临界电流和邻近诱导超导，为石墨烯集成量子电路奠定基础。
2024-05-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Wafer-scale graphene field-effect transistor biosensor arrays with monolithic CMOS readout
VTT Technical Research Centre of Finland Ltd（芬兰技术研究中心有限公司）；Graphenea Semiconductor SLU（格拉菲尼亚半导体有限责任公司）
本研究开发了晶圆级CMOS集成GFET生物传感器阵列，实现高产率和均匀性，用于多路多分析物检测，提升生物传感的统计性和定量能力。
2023-05-15 cond-mat.mes-hall
Direct comparison of graphene devices before and after transfer to different substrates
首先在SiO2/Si上制造的整个石墨烯场效应晶体管（FET）器件从表面剥离并放置在不同的晶片上。在转移之前和之后测量器件的纵向和横向电阻率测量以计算迁移率用于直接比较。在转移到不同的SiO2/Si晶片之后，迁移率通常是相当的，并且缺陷密度没有显示出任何显著的增加，这表明由于转移过程本身而导致的劣化是最小的。相同的方法可以应用于将石墨烯器件转移到任何任意衬底（例如SrTiO 3或STO）。这里开发的转移方法不仅消除了将单层石墨烯定位在非SiO2/Si衬底上进行图案化的需要，而且还提供了一种方便的方法来研究各种衬底对石墨烯电子性质的影响。
2014-01-10 cond-mat.mes-hall
Robust quantum Hall resistance standard from uniform wafer-scale epitaxial graphene on SiC
Laboratoire National de Métrologie et d’Essais (LNE)（法国国家计量与测试实验室）；Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学）；Centre de Recherche sur l’Hétéroépitaxie et ses applications (CRHEA)（异质外延及其应用研究中心）；CERFACS（欧洲计算流体力学与空气动力学中心）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N)（纳米科学与纳米技术研究中心）
利用SiC基板生长的均匀外延石墨制备高精度量子霍尔电阻标准，实现低磁通密度下的高精度测量与高稳定性。
2025-09-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Transfer-free fabrication of graphene transistors
我们发明了一种在氧化硅晶片上制造石墨烯晶体管的方法，而无需转移石墨烯层。为了促进石墨烯层在氧化硅上的生长，使用纳米薄铝/镍双层催化剂体系。该催化剂系统在晶片进入催化化学气相沉积（CCVD）室之前通过剥离来构造。在随后的基于甲烷的生长工艺中，单层石墨烯场效应晶体管（MoLGFET）和双层石墨烯晶体管（BiLGFET）直接在氧化硅衬底上实现，由此堆叠的石墨烯层的数量由所选择的CCVD工艺参数（例如温度和气体混合物）确定。随后，在催化区域之间的沟道区域内进行拉曼光谱，并且五层、双层和单层石墨烯的拉曼光谱证实了通过这种硅相容的、无转移的和原位制造方法生长的石墨烯的存在。这些石墨烯FET将允许在混合硅CMOS环境中简单且低成本地集成石墨烯器件，用于纳米电子应用。
2011-12-19 cond-mat.mes-hall
Raman spectra and infrared intensities of graphene-like clusters in compared to epitaxial graphene on Si
石墨烯有几种生长方法。在这项研究中，石墨烯类簇的SiC晶片上的生长是通过退火的晶片在真空蒸发系统配备了热源配件。为了评价这种生长方法的质量，对类石墨烯团簇的拉曼光谱和红外强度进行了理论和实验研究。为了进行理论研究，考虑了三种类型的石墨烯团簇，并使用Hartree-Fock方法找到了它们的拉曼光谱和红外强度。结果表明，团簇的几何形状，并在随后的几何形状依赖的高（低）的电荷分布在团簇表面的不均匀性导致高（低）的红外强度。测量了实验光谱，并与理论光谱进行了比较。当波数小于1700 Cm-1时，拉曼光谱的理论值与实验值吻合较好。结果表明，采用物理蒸发法在SiC衬底上生长单层石墨烯时，需要更精确的温度控制和更高的真空度。
2021-05-26 cond-mat.mes-hall
Possible dimensionality transition behavior in localized plasmon resonances of confinement-controlled graphene devices
我们研究了受限控制石墨烯器件中石墨烯局域等离子体共振的维度跃迁行为。我们首先证明了一种可能性的维度过渡，基于设备的载流子密度依赖性，从二维等离子体共振到一维等离子体共振。我们在同一片光学透明晶片上制作了光学透明器件和电输运器件。这些设备允许载流子密度和等离子体共振峰位置之间的详细控制和分析。从平方根n（二维）到常数（一维）的载流子密度与基于线性能带结构材料中狄拉克费米子载流子的理论预测一致。
2021-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Raman and optical characterization of multilayer turbostratic graphene grown via chemical vapor deposition
我们通过大气压（AP）化学气相沉积（CVD）在铜上合成大面积石墨烯，并转移到二氧化硅晶片上。与铜上的低压（LP）CVD相反，光学对比度和原子力显微镜测量显示AP-CVD石墨烯包含显著的多层区域。拉曼光谱总是显示出一个单一的洛伦兹二维峰，但系统的差异，观察到的2D峰的能量，宽度和强度的单层和多层区域。我们得出结论，石墨烯多层膜生长的AP-CVD铜旋转无序。
2011-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Measurement of Ultrafast Carrier Dynamics in Epitaxial Graphene
使用超快光泵浦-探测光谱，我们已经测量了SiC晶片上生长的外延石墨烯层的载流子弛豫时间。我们发现两个不同的时间尺度与非平衡光生载流子的弛豫。在70-120 fs范围内的初始快速弛豫瞬态之后是0.4-1.7 ps范围内的较慢弛豫过程。较慢的弛豫时间被发现是成反比的石墨烯层中的结晶无序的程度，如通过拉曼光谱测量。我们与测量的快，慢的时间常数载流子和载流子声子带内和带间散射过程中的石墨烯。
2007-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Novel mid-infrared plasmonic properties of bilayer graphene
我们研究了Bernal堆叠双层石墨烯的中红外等离子体响应。与单层对应物不同，双层石墨烯可容纳光学活性声子模式和红外频率下的共振带间跃迁。它们强烈地改变了双层石墨烯的等离子体性质，导致Fano型共振、红外声子吸收的巨等离子体增强、光学透明性的窄窗口以及比经典等离子体更高能量的新等离子体模式。
2014-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene FET Process and Analysis Optimization in 200 mm Pilot Line Environment
VTT Technical Research Centre of Finland Ltd（芬兰技术研究中心）；Graphenea S.A.（格拉菲尼亚有限公司）；ASM International（ASM国际）
本研究优化了200毫米晶圆上石墨烯场效应晶体管的制程与分析，实现了高良率和低滞后特性，为2D材料器件工业化应用提供关键支持。
2026-02-19 cond-mat.mes-hall
Substrate Sensitive Mid-Infrared Photoresponse in Graphene
我们报告中红外光电流光谱的石墨烯纳米阵列上的二氧化硅显示双重签名的基板相互作用。首先，石墨烯等离子体激元和介电表面极性声子的混合极化激元模式在石墨烯中产生热光电流，其具有可通过栅极电压、纳米晶宽度和光偏振来调谐的光谱特征。其次，激发与衬底相关的声子极化激元，这间接加热石墨烯，导致具有固定光谱特征的石墨烯光电流。其他常用衬底的模型表明，石墨烯红外光电探测器的响应度可以通过选择衬底来定制特定的中红外频带。
2014-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of graphene-substrate interactions on configurations of organic molecules on graphene: pentacene/epitaxial graphene/SiC
并五苯已广泛用于有机器件中，并且已知并五苯与衬底之间的界面结构显著影响器件性能。在这里，我们证明了石墨烯上并五苯的分子有序性取决于石墨烯与其底层SiC衬底之间的相互作用。利用扫描隧道显微镜（STM）研究了并五苯分子在Sifaced 6 H-SiC（0001）晶片上生长的零层和单层石墨烯上的吸附。并五苯分子在零层石墨烯上形成准无定形层，其与下面的SiC衬底强烈相互作用。相反，它们在具有弱石墨烯-SiC相互作用的单层石墨烯上形成均匀有序的层。此外，我们可以改变并五苯分子在单层石墨烯上的构型。结果表明，并五苯在石墨烯上的分子有序性以及并五苯/石墨烯界面结构可以通过石墨烯-基底相互作用来控制。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-Quantum Dot Hybrid Photodetectors from 200 mm Wafer Scale Processing
本文展示了200 mm晶圆级工艺平台用于大规模生产GFET-QD混合光电探测器，实现96%高良率、宽光谱高响应度及CMOS集成，验证了红外光电探测器批量制造与成像应用的潜力。
2023-03-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Electronic Transport in Chemical Vapor Deposited Graphene Synthesized on Cu: Quantum Hall Effect and Weak Localization
我们报告的电子性质的石墨烯合成的化学气相沉积（CVD）铜，然后转移到SiO2/Si。已经合成了晶圆级（高达4英寸）石墨烯膜，如光谱拉曼映射所示，主要由单层石墨烯组成。在由这种CVD石墨烯制造的微型器件上进行低温输运测量，显示双极场效应（开/关比约为5，载流子迁移率高达约3000 cm ^2/Vs）和“半整数”量子霍尔效应，这是单层石墨烯的固有电子性质的标志。我们还观察到弱本地化和提取信息的相位相干性和散射的载波。
2010-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stacking domains in graphene on silicon carbide: a pathway for intercalation
碳化硅（SiC）上的石墨烯在未来的石墨烯电子应用中具有巨大的潜力，因为它可以在晶圆级上获得，并且可以通过将各种原子插入石墨烯/SiC界面来定制其特性。然而，目前尚不清楚原子如何在这种广泛使用的嵌入过程中穿过不可渗透的石墨烯层。在这里，我们证明，与目前的共识相反，SiC上的石墨烯层是不均匀的，而是由不同的晶体堆叠域组成。我们表明，这些畴是在生长过程中本质上形成的，并且畴之间的位错主导了（脱）插层动力学。定制这些位错网络，例如通过衬底工程，将增加对嵌入过程的控制，并可能为二维超结构中的拓扑和相关电子现象开辟一个运动场。
2018-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Grown on Ge(001) from Atomic Source
在石墨烯的许多预期应用中，一些-例如Si微电子的晶体管-将大大受益于将石墨烯直接沉积在Si晶片上生长的半导体上的可能性。我们报道了Si（001）晶片上的Ge（001）层可以在800°C和Ge熔化温度之间的温度下均匀地覆盖有石墨烯。石墨烯是封闭的，薄层电阻率随着生长温度强烈降低，随着沉积的C的量微弱降低，并达到2kOhm/sq。表面粗糙度的活化能低（约0.66eV），并且在形成石墨烯的整个温度范围内恒定。密度泛函理论计算表明，影响石墨烯生长的主要物理过程是：（1）C取代表面二聚体中的Ge，（2）C团簇与Ge单体之间的相互作用，（3）石墨烯边缘与Ge（001）之间形成化学键，当C原子从CH $_{4}$中转移时，CH $_{2}$表面扩散超过了过程1和2.这项研究的结果表明，石墨烯可以在与Si技术兼容的工艺中直接在晶体管的有源区生产。
2013-12-19 cond-mat.mes-hall
Phonon-mediated mid-infrared photoresponse of graphene
石墨烯在中红外频率下的光响应具有很高的技术兴趣，并且与可见光频率下的光响应相比，由根本不同的基础物理决定，因为所涉及的光子和基底声子的能量具有可比的能量。在这里，我们通过在宽频率范围（1000-1600 cm $^{-1}$）内测量空间分辨光电流来对石墨烯对中红外线的光响应进行光谱分辨研究。我们揭示了不同的机制，引起光电流产生的极性基板上的石墨烯。特别是，我们发现当光激发体或表面声子的SiO $_2$基板的光响应的增强。该工作为石墨烯基中红外热传感技术的发展奠定了基础。
2016-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wafer-scale arrayed p-n junctions based on few-layer epitaxial GaTe
二维（2D）材料以其柔性、透明和高度可调谐的优越性在电子和光电子应用中引起了极大的关注。无间隙石墨烯表现出超宽带和快速的光响应，而2D半导体MoS 2和GaTe则对可见光具有高灵敏度和可调响应性。然而，器件的良率和可重复性要求进一步改进2D材料以呈现大规模的均匀性。在这里，我们报告了一个逐层生长的晶圆级碲化镓的空穴迁移率为28.4厘米2/Vs的分子束外延。阵列式pn结是在3英寸硅片上直接生长少层GaTe而形成的。结果表明，该器件具有良好的整流特性和光响应特性，最大光响应度为2.74A/W，光伏外量子效率高达62%。光电流达到饱和的速度足以捕获22 μs的时间常数，并且在137万次操作循环后没有显示出器件退化的迹象。最引人注目的是，这种高性能已经在整个晶圆上实现，使器件的批量生产成为可能。最后，利用GaTe/Si光电二极管获得了几幅具有合理对比度和空间分辨率的光图像，首次展示了将二维材料与硅技术集成在新型光电子器件中的潜力。
2016-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wideband Mid Infrared Absorber using surface Doped Black Silicon
黑硅（BSi）是一种合成纳米材料，具有高纵横比的纳米突起，诱导几个有趣的特性，如入射辐射的吸收率非常大。我们最近已经表明，大量掺杂的BSi的体积能够显着提高其中红外吸收率，并调整其光谱范围的兴趣高达20微米。在这封信中，我们探讨了表面掺杂对BSi辐射特性及其吸收率的影响，特别是因为表面掺杂能够达到比体积掺杂更大的掺杂剂浓度，但在更有限的渗透深度。我们考虑了12种不同的BSi晶片，在n型和p型硅晶片上用低温等离子体蚀刻制造，并使用不同掺杂剂类型、剂量和离子束能量的离子注入进行掺杂，从而导致不同的掺杂剂浓度和分布。利用傅里叶变换红外光谱仪测量了不同晶片的辐射特性，反射率、透射率和吸收率。我们表明，掺杂的n型BSi晶片与磷的剂量为10^17大气压/厘米2和能量为100千电子伏增加其吸收率高达98%，在1-5微米的光谱范围内。我们提出了一个简单的唯象解释的基础上观察到的结果的掺杂剂浓度分布和相应的入射辐射穿透深度。所获得的结果提供了简单的设计规则，并铺平了道路，使用离子注入BSi的各种应用，如太阳能收获，热-光致发光和红外辐射传感，其中高吸收率和可变的掺杂剂浓度分布是必需的。
2022-08-02 cond-mat.mes-hall
Rapid infrared imaging for rhombohedral graphene
针对多层石墨烯堆叠序列识别耗时的问题，提出基于红外成像的ABC堆叠石墨烯高精度快速识别方法，对比度清晰、通量更高且可集成干转移技术，提升分选效率以加速强关联物理探索。
2024-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Selective surface functionalization at regions of high local curvature in graphene
将单层石墨烯沉积在用SiO2纳米颗粒（NPs）装饰的Si晶片基底上，然后暴露于从其重氮前体原位产生的芳基。使用显微拉曼映射，发现芳基自由基选择性地与覆盖NP的石墨烯区域反应。增强的化学反应性归因于石墨烯的局部机械变形引起的应变能增加。
2012-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Fano resonance enabled infrared nano-imaging of local strain in bilayer graphene
在纳米尺度下以高灵敏度检测局部应变仍然具有挑战性。在这里，我们报告的近场红外纳米成像的局部应变在双层石墨烯通过探测应变引起的声子频率的变化。作为一种非极性晶体，本征双层石墨烯在其横光学（TO）声子频率处具有很小的红外响应。所报道的局部应变的光学检测通过施加垂直电场来实现，该垂直电场打破两个石墨烯层的对称性并向石墨烯声子引入有限电偶极矩。激活的声子进一步与连续电子跃迁相互作用，产生强的Fano共振。由此产生的Fano共振具有非常尖锐的近场红外散射峰，这导致应变检测的异常灵敏度为~0.002%。我们的研究展示了第一个纳米尺度的近场Fano共振，提供了一种新的方式来探测非极性晶体中的高灵敏度的局部应变，并为研究应变诱导的丰富现象打开了令人兴奋的可能性。
2021-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal infrared emission reveals the Dirac point movement in biased graphene
石墨烯是一种具有高载流子迁移率和热导率的二维材料，适用于高速电子器件。传导带和价带在狄拉克点接触。单层石墨烯的吸收率为2.3%，几乎与波长无关。在这里，我们调查的热辐射偏置石墨烯晶体管。我们发现单层石墨烯的发射光谱遵循具有恒定发射率（1.6 \pm 0.8）%的灰体的发射光谱。最重要的是，我们可以提取双极石墨烯通道中的温度分布，如斯托克斯/反斯托克斯测量所证实的。偏置的石墨烯表现出温度最大值，其位置可以由栅极电压控制。我们发现，这个温度峰值揭示了载流子密度最小值的空间位置，即狄拉克点。
2010-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mid-Infrared Radiative Emission from Bright Hot Plasmons in Graphene
石墨烯中受激载流子的衰变动力学引起了广泛的科学关注，因为无隙狄拉克电子能带结构打开了常规材料中不允许的弛豫通道。我们报告费米能级依赖的中红外发射石墨烯起源于以前未观察到的衰变通道：热等离子体激元产生的光激发载流子。所观察到的费米能级依赖性排除了普朗克发光机制，并与光反转石墨烯中计算的等离子体发射光谱一致。明亮的热等离子体发射的证据进一步支持费米能级依赖和偏振依赖的共振发射从石墨烯等离子体纳米阵列在脉冲激光激发下。自发等离子体激元发射是一个明亮的发射过程，因为我们对实验条件的计算表明，在几千开尔文的温度下，自发产生的等离子体激元的光谱通量比黑体发射高几个数量级。在这项工作中，它表明，石墨烯等离子体激元的辐射效率的大幅增强，可以通过装饰石墨烯表面与金纳米盘，作为耦合输出散射体，并促进本地化的等离子体激元激发时，他们与入射的激发光共振。这些观测为探索超快和超亮中红外发射过程和光源奠定了基础。
2020-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancing infrared extinction and absorption in a monolayer graphene sheet by harvesting the electric dipolar mode of split ring resonators
研究了单层石墨烯片通过图案化开口环谐振器（SRR）在红外波段的消光和吸收增强。结果表明，与磁模和其他高阶模相比，电模对红外消光和吸收的增强作用更强。我们通过增加SRR单元电池设计中的石墨烯面积比来改善SRR石墨烯片的红外消光。随着石墨烯面积比的增加，电偶极模的辐射能力和石墨烯的耗散竞争约50%的最大红外吸收。通过捕获电偶极模来增强石墨烯片的红外消光和吸收的研究结果可能在石墨烯光子学和光电子学的太赫兹和红外检测和调制中具有潜在的应用。
2013-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Gate-tuning of graphene plasmons revealed by infrared nano-imaging
表面等离子体激元是电子在金属或半导体中的集体振荡，使得能够在亚波长尺度上限制和控制电磁能量。等离子体激元学的快速发展在很大程度上依赖于器件纳米制造的进步，而对等离子体激元介质的可调谐特性关注较少。一种这样的介质-石墨烯-适合于用栅极电压方便地调节其电子和光学性质。通过红外纳米成像，我们明确表明，常见的石墨烯/SiO2/Si背栅结构支持传播表面等离子体。石墨烯等离子体激元的波长在技术相关的红外频率下为200 nm量级，并且它们可以传播该距离的几倍。我们已经成功地改变了这些等离子体的振幅和波长的门电压。我们使用等离子体干涉测量法研究了石墨烯中的损耗：通过探索在我们的纳米探针的尖端和样品的边缘之间形成的等离子体驻波的真实空间轮廓。通过这种分析量化的等离子体激元耗散与石墨烯的奇异电动力学有关。我们的可调石墨烯器件的标准等离子体指数超过了常见的金属基结构。
2012-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of an Electric-Field Induced Band Gap in Bilayer Graphene by Infrared Spectroscopy
已经预测，施加垂直于双层石墨烯平面的强电场可以诱导显著的带隙。我们已经测量了具有有效电解质顶栅的双层石墨烯的光学电导率，光子能量范围为0.2 - 0.7 eV。当带隙打开时，我们看到了新的跃迁的出现。当通过电解质门向双层系统施加约1 V/nm的电场时，观察到接近200 meV的带隙，诱导约10^13 cm-2的载流子密度。的带隙的大小和红外电导率光谱中观察到的功能是广泛兼容的紧束缚模型内的计算。
2009-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determination of the electronic structure of bilayer graphene from infrared spectroscopy results
我们提出了一个实验研究的红外电导率，透射率和反射的门控双层石墨烯和Slonczewski-Weiss-McClure（SWMc）模型内的理论分析。的红外响应示出由带间和带内跃迁的双层的四个波段之间的相互作用。电荷中性点处的主要导电峰的位置由层间隧穿频率决定。作为栅极电压的函数的该峰值的移位给出关于SWMc模型的不太为人所知的参数的信息，特别是那些负责电子-空穴和亚晶格不对称的参数。这些参数值被证明是一致的，与最近的电子结构计算的双层石墨烯和通常用于块状石墨的SWMc参数。
2008-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Plasmonics for Terahertz to Mid-Infrared Applications
近年来，由于石墨烯独特的电学和光学性质、可调谐性、长寿命的集体激发和极端的光限制，石墨烯等离子体激元学研究取得了快速的进展。在这里，我们回顾了石墨烯等离激元的基本性质;它们的能量色散，局域化和传播，等离激元-声子杂化，寿命和阻尼途径。石墨烯等离子体的应用空间在于技术上重要的，但相对未开发的太赫兹到中红外区域。我们讨论了新兴的和潜在的应用，如调制器，陷波滤波器，偏振器，中红外光电探测器，中红外振动光谱，等等。
2014-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Valley and Zeeman Splittings in Multilayer Epitaxial Graphene Revealed by Circular Polarization Resolved Magneto-infrared Spectroscopy
在高达17.5 T的强磁场中，利用可调谐量子级联激光器对多层外延石墨烯（MEG）进行了圆偏振分辨磁红外研究。解析了MEG单层和双层石墨烯包裹体中的朗道能级（LL）跃迁，并在提取的电子能带结构中观察到相当大的电子-空穴不对称性。对于单层石墨烯，证明了$n=0$到$n=1$ LL跃迁的四重分裂，并归因于第零LL的谷和自旋简并的提升以及电子-空穴对称性的破缺。分裂的磁场依赖性进一步揭示了其可能的机制。对实验数据的最佳拟合分别产生谷分裂和塞曼分裂的有效$g$因子，$g^*_{VS}=6.7$和$g^*_{ZS}=4.8$。
2019-10-15 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
Surface enhanced infrared absorption spectroscopy for graphene functionalization on copper
CVD石墨烯的单层形式在表征目标共价官能化方面带来了至关重要的挑战，这是由于表面上接枝部分的量较低，这反过来又阻碍了得出关于反应性-性质关系的结论。由于对化学改性石墨烯的兴趣越来越大，因此迫切需要新的，可靠的和非破坏性的表征方法。在这里，我们证明了使用表面增强红外吸收光谱检测的特征振动模式的物种接枝到材料通过自由基（Meerwein芳基化）或亲核取代途径铜箔。这种现象是允许的适当的金属表面形态和没有信号可能已经得到既不是在Si/SiO2基板上，也不是裸铜。反应过程中铜箔表面发生局部腐蚀，形成SEIRA活性基底。使用反射-吸收和衰减全反射模式进行测量，具有几乎相同的结果，从而使得这种分析方法可行、实用、非破坏性且易于用于石墨烯官能化的常规表征。
2021-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable mid-infrared coherent perfect absorption in a graphene meta-surface
我们利用石墨烯纳米带的超表面实现相干完美吸收（CPA）在中红外区。结果表明，准CPA频率，CPA可以证明与适当的相位调制，存在的石墨烯元表面具有强的共振行为。CPA可以通过合并元表面的几何设计和石墨烯的电可调谐性来基本上调谐。此外，我们发现基于石墨烯纳米晶介表面的CPA是可实现的与实验石墨烯数据。该研究结果可以推广到二维光电材料在光学检测和信号处理方面的潜在应用。
2015-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Transfer-free Grown Bilayer Graphene Transistors for Digital Applications
我们发明了一种在氧化硅晶片上制造石墨烯晶体管的新方法，而无需转移石墨烯层。通过催化化学气相沉积（CCVD），直接在氧化硅衬底上实现原位生长的双层石墨烯晶体管（BiLGFET），其中堆叠的石墨烯层的数量由所选择的CCVD工艺参数（例如温度和气体混合物）确定。BiLGFET在室温下表现出107的超高开/关电流比，超过先前报道的值几个数量级。这将首次允许在混合硅CMOS环境中简单且低成本地集成用于数字纳米电子应用的石墨烯器件。
2012-05-31 cond-mat.mes-hall
Coupling-Enhanced Broadband Mid-Infrared Light Absorption in Graphene Plasmonic Nanostructures
石墨烯纳米结构中的等离子体激元在几微米到几十微米的中红外应用中显示出巨大的前景。然而，石墨烯纳米结构中的中红外等离子体共振通常较弱且频带较窄，限制了其在光操纵和检测方面的潜力。在这里，我们研究了石墨烯等离子体纳米结构之间的耦合，并进一步表明，通过工程耦合，可以同时实现光-石墨烯相互作用强度的增强和光谱宽度的加宽。利用耦合的概念，我们展示了一种混合2层石墨烯纳米阵列，在整个8至14 μm（~700至1250 cm-1）波长范围内显示出5至7%的消光，覆盖了重要的大气“红外透射窗口”之一。这种耦合的混合石墨烯等离子体纳米结构可以在红外传感和自由空间通信中找到应用。
2016-12-15 cond-mat.mes-hall
Wide Angle Dynamically Tunable Enhanced Infrared Absorption on Large Area Nanopatterned Graphene
通过在纳米图案化单层石墨烯上激发狄拉克等离子体来增强光-物质相互作用是实现高红外吸收的有效途径。在此，我们设计并制备了具有和不具有光学腔的纳米孔和纳米盘的六边形平面阵列，在图案化的石墨烯上激发Dirac等离子体，并研究了等离子体寿命、消光截面、入射光偏振、入射光角度和图案尺寸对光吸收光谱的影响。
2018-06-03 cond-mat.mes-hall
Infrared absorption by graphene-hBN heterostructures
提出了单层石墨烯-六方氮化硼异质结构的光吸收理论。在高度取向的异质结构中，hBN纳米粒子为石墨烯电子产生长程莫尔超晶格势，这改变了在红外到可见光频率范围内吸收入射光子的选择规则。吸收光谱修改的细节取决于石墨烯电子和hBN之间的各种自由基允许的耦合的相对强度，以及重建的能带结构的所得性质。
2013-12-09 cond-mat.mes-hall
Ferroelectric superdomain controlled graphene plasmon for tunable mid-infrared photodetector with dual-band spectral selectivity
双波段红外光电探测器（DBIP）可以从复杂的场景中区分出所需的信号，因此在威胁预警、遥感和天文学应用中具有很高的期望。然而，传统的高性能DBIP通常基于半导体薄膜，但仍然存在复杂的空间取向、昂贵的生长和冷却要求的挑战。在这里，我们报告了一个可调石墨烯等离子体探测器与双波段红外光谱选择性驱动的铁电超畴。具有纳米级环形形状的周期性铁电极化阵列为单层石墨烯的空间掺杂提供了连续的静电场，以形成所需的图案，并进一步用于激发和限制本征石墨烯等离子体。我们的器件在3.7-16.3 μ m和15.1-52.1 μ m两个波段都表现出可调谐的共振光响应。数值计算表明，在5-50 μ m范围内，我们的器件具有667-1080 A W-1的室温响应。我们的器件使红外成像系统的应用和物体的静止和运动状态检测成为可能。这些研究为采用简单、低成本、非制冷多光谱探测器阵列构建先进的红外系统提供了一种新的途径。
2022-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Experimental demonstration of graphene plasmons working close to the near-infrared window
石墨烯等离子体激元由于其强的模式约束、长的传输距离和独特的可调谐性，在中红外和太赫兹波段得到了广泛的研究。然而，将石墨烯等离子体激元推向更短的波长，以便将石墨烯等离子体激元概念与近红外区域的现有成熟技术相结合，仍然是一个巨大的挑战。我们研究了由石墨烯纳米盘支撑的局域化石墨烯等离子体，并在完全可扩展的嵌段共聚物自组装方法的帮助下实验证明了石墨烯等离子体在2 μm处工作。我们的研究结果显示了一种很有前途的方法，以促进石墨烯等离子体激元的基础研究和潜在的应用在近红外窗口。
2016-10-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical and magneto-optical far-infrared properties of bilayer graphene
我们分析了双层石墨烯的光谱特征，确定在这种材料中的低能量和分裂带对的形成。结果表明，在强磁场作用下，双层石墨烯的朗道能级间吸收谱在远红外波段比单层材料的朗道能级间吸收谱更为密集，其最低能量峰的偏振依赖性可以用来测试双层材料在量子霍尔效应下的基态形式.
2007-05-02 cond-mat.mes-hall
Terahertz and Infrared Spectroscopy of Gated Large-Area Graphene
我们制作了一个厘米大小的单层石墨烯器件，具有栅电极，可以调制太赫兹和红外波的传输。利用时域太赫兹光谱和傅里叶变换红外光谱在一个较宽的频率范围内（10-10000 cm^{-1}），我们测量了动态电导率的变化引起的电门和热退火。这两种方法都能够有效地调节费米能量E_F，这反过来又修改了太赫兹的Drude类带内吸收以及中红外带间吸收的“2E_F起始”。这些结果不仅提供了对石墨烯中狄拉克费米子电磁响应的基本见解，而且还展示了大面积石墨烯器件的关键功能，这些功能是太赫兹和红外光电子器件所需的。
2012-04-21 cond-mat.mes-hall
Infrared spectroscopy of hole doped ABA-stacked trilayer graphene
使用红外光谱，我们调查底栅ABA堆叠的三层石墨烯受到额外的环境诱导的p型掺杂。我们发现，Slonczewski-Weiss-McClure紧束缚模型和Kubo公式再现门电压调制的反射率光谱非常准确。这使我们能够分别确定所有石墨烯层上π带电子的电荷密度和电势，并提取由于较高能带而导致的层间介电常数。
2012-12-23 cond-mat.mes-hall
Band structure asymmetry of bilayer graphene revealed by infrared spectroscopy
我们报告的红外光谱双层石墨烯集成在门控结构。我们观察到一个显着的不对称性的光学电导率静电掺杂的电子和空穴。我们表明，这一发现产生于显着的不对称性之间的价带和导带，这主要是由于两个子晶格内的石墨烯层的不等价性。从电导率数据，两个子晶格的能量差是确定的。
2008-07-24 cond-mat.mes-hall
Strong coupling in the far-infrared between graphene plasmons and the surface optical phonons of silicon dioxide
我们研究了静电门控的二氧化硅衬底上的石墨烯纳米带的等离子体共振。吸收光谱测量中，远红外和揭示多个峰值，与宽度依赖的共振频率。我们计算内的随机相位近似的介电函数，并表明，所观察到的光谱可以解释由表面等离子体声子极化激元模式，这是从耦合的石墨烯等离子体到三个表面光学声子模式在二氧化硅中产生的。
2014-05-29 cond-mat.mes-hall
Optical characterization of dislocation free Ge and GeOI wafers
采用傅里叶变换红外光谱、衰减全反射、激光拉曼散射、线性和非线性光学透射等方法研究了无位错锗（Ge）和绝缘体上锗（GeOI）晶片的光学特性。在n型Ge中，除了在本征（i）Ge中观察到的振动模式之外，在非正入射下观察到可能是由于碳的535 cm-1处的带和在668 cm-1处的强峰。尽管在低能量下存在强的重空穴到轻空穴吸收带，但在p-Ge中也观察到668 cm-1峰。在斜入射下，在两种类型的晶片中通常观察到新带的出现和带强度的增强。GeOI表现出强烈的无序诱导LO-TO耦合模式，这只能在非垂直入射时观察到。在近爆炸边缘的光吸收揭示了掺杂相关的无序和带收缩的存在下，这也支持在301 cm-1的Ge-Ge单声子线展宽。在n-Ge、p-Ge和GeOI晶片中观察到不同的非线性光学吸收行为。p-Ge对10.6 μ m的CO2激光线变得透明，而n-Ge的透射功率随着UV-VIS泵浦功率的增加而降低。
2015-12-25 cond-mat.mes-hall
