Engineering deterministic, tunable, and reversible folds in graphene with the use of ultrafast laser micro-patterned stretchable polymer substrate
本研究利用超快激光在可拉伸聚合物基底上制造微腔，实现石墨烯单层折叠的确定性、可调谐且可逆控制，为应变敏感器件开发奠定基础。
2025-06-23 cond-mat.mes-hall
Direction-Controlled Chemical Doping for Reversible G-Phonon Mixing in ABC Trilayer Graphene
不仅表观的原子排列，而且电荷分布也定义了晶体的对称性，决定了电子和振动结构。在这项工作中，我们报告可逆和方向控制的化学掺杂，修改AB-双层和ABC三层石墨烯的反转对称性。对于自上而下和自下而上的空穴注入石墨烯片，我们分别采用了电负性I2的分子吸附和退火诱导的界面空穴掺杂。反转对称性的化学破坏导致G声子、拉曼活性Eg和拉曼非活性Eu模的混合，表现为两个分裂的G峰，G-和G+。通过简单的冲洗或界面分子置换去除空穴掺杂，可以恢复破坏的反转对称性。或者，对称性可以通过双侧电荷注入恢复，这消除了G-并形成了一个额外的峰，Go，起源于几乎没有掺杂的内层。在目前的研究中所证明的晶体对称性的化学修饰可以应用于其他低维晶体，以调整其各种材料性质。
2020-08-07 cond-mat.mes-hall
Two-and three-qubit room-temperature graphene quantum gates
提出了在室温下工作的基于石墨烯的CNOT和Toffoli门的实现的建议配置。这两个逻辑门对于任何量子计算算法都是必不可少的，涉及用于量子位实现的弹道Y结、用于量子位相互作用的量子干涉和用于优化输出的斜门，并且可以使用现有的纳米光刻技术来制造。CNOT和Toffoli量子逻辑门的拟议配置是基于室温下石墨烯中载流子的非常大的平均自由程。
2014-11-30 cond-mat.mes-hall
Reversible mechanical and electrical properties of ripped graphene
我们研究了柔性弹性体衬底上拉伸的石墨烯器件的机械性能。使用原子力显微镜，运输测量和力学模拟，我们表明，在拉伸应变的初始应用过程中，在石墨烯中形成微裂缝;然而，随后应用相同的拉伸应变弹性地打开和关闭现有的裂缝。相应地，虽然初始拉伸应变降低了器件的传输特性，但随后的应变松弛循环仅适度地影响传输，并且以很大程度上可逆的方式，即使在部分机械故障之后也产生稳健的电传输。
2014-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Dots at Room Temperature carved out from Few-Layer Graphene
我们提出了石墨烯量子点赋予的附加能量高达1.6 eV，制造的石墨烯片受到大的电子流在空气中的控制破裂。估计量子点岛的尺寸在1 nm范围内。大的附加能量允许在室温下的库仑阻塞，可能应用于单电子器件。
2012-11-21 cond-mat.mes-hall
Electrical observation of a tunable band gap in bilayer graphene nanoribbons at room temperature
我们研究了室温下双层石墨烯纳米带的输运性质。该器件采用传统的CMOS兼容工艺制造。通过分析在电荷中性点的电阻作为垂直于石墨烯表面施加的电场的函数的依赖性，我们表明，在态密度的带隙打开，达到有效值约sim50 meV。这证明了双层石墨烯在常规CMOS环境中作为FET沟道材料的潜力。
2010-01-28 cond-mat.mes-hall
Nanosecond spin lifetimes in single- and few-layer graphene-hBN heterostructures at room temperature
我们提出了一种新的石墨烯自旋阀器件的制备方法，该方法通过改善电极-石墨烯和石墨烯-衬底界面来提高自旋和电荷输运性能。首先，我们在Si $^{++}$ /SiO $_2$上制备了Co/MgO自旋注入电极。此后，我们将石墨烯-hBN异质结构机械转移到预图案化电极上。我们表明，在室温下的自旋输运单层，双层和三层石墨烯器件表现出纳秒的自旋寿命与自旋扩散长度达到10 $μ$ m与载流子迁移率超过20,000 cm $^2$ /Vs相结合。
2014-06-10 cond-mat.mes-hall
Gate-Tunable Reversible Rashba-Edelstein Effect in a Few-Layer Graphene/2H-TaS2 Heterostructure at Room Temperature
我们报道了室温下在几层石墨烯/2 H-TaS 2异质结构中观察到的电流诱导自旋极化，即Rashba-Edelstein效应（REE），及其Onsager互易现象，即自旋电流效应（SGE）.自旋敏感的电测量揭示了完整的自旋极化反转所施加的栅极电压。所观察到的栅极可调电荷-自旋转换由2 H-TaS 2和石墨烯之间的理想功函数失配来解释，这允许强界面诱导的Bychkov-Rashba相互作用，自旋隙达到70 meV，同时保持光谱的狄拉克性质在电子和空穴扇区之间完好无损。非平衡自旋极化矢量的可逆发电和控制，以前没有观察到在一个超导材料，是优雅的表现出新兴的2D狄拉克费米子具有强大的自旋螺旋结构。我们的实验结果，支持第一性原理相对论电子结构和输运计算，展示了一条路线，设计低功耗的自旋逻辑电路的分层材料。
2020-05-04 cond-mat.mes-hall
Strain engineering on graphene towards tunable and reversible hydrogenation
石墨烯具有二维几何结构和独特的结构-性能关系，是分子传感和储氢应用的极端材料。在这封信中，石墨烯的氢化在机械变形和电子构型之间的相互耦合的程度上进行了讨论。我们的第一性原理计算表明，氢化和外加应变显著改变了石墨烯的原子结构、结合能、力学和电子性质.在10%的面内应变下，氢原子在石墨烯上的结合能在对称相和反对称相分别提高了53.89%和23.56%。此外，对称束缚的氢原子在压缩下的不稳定性表明了氢的可逆存储方法。在反对称相中，氢的结合破坏了石墨烯的sp2特性，这可以在拉伸应变下部分恢复。基于电荷密度的分析揭示了下划线机制。这里报道的结果提供了一种方法，不仅可以以可控和可逆的方式调节氢在石墨烯上的结合，而且还可以通过机械负载和氢掺杂的协同控制来设计石墨烯的性质。
2009-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature gating of molecular junctions using few-layer graphene nanogap electrodes
我们报道了一种在室温下稳定的可门控分子结的制备和测量方法。这些器件是通过在反馈控制的电燃烧形成的几层石墨烯纳米间隙内沉积分子而制成的。间隙具有1- 2nm量级的间隔，如从用于隧穿的西蒙斯模型估计的。分子结在室温下显示门控IV特性。
2012-02-07 cond-mat.mes-hall
Dual origin of defect magnetism in graphene and its reversible switching by molecular doping
通过使用电场来控制磁性的可能性是自旋电子学应用中最期望的特性之一。找到合适的材料仍然是一个难以捉摸的目标，到目前为止只找到了几个候选者。石墨烯是其中之一，并且由于其弱的自旋-轨道相互作用、通过电场效应控制电子性质的能力以及引入顺磁中心（例如空位和吸附原子）的可能性而提供了希望。在这里，我们表明，吸附原子的磁性在石墨烯是巡回的，可以通过掺杂控制，使磁矩可以打开和关闭。讨论较多的空位磁性被发现有一个双重的起源，有两个近似相等的贡献：一个来自相同的巡回磁性和其他由于断裂的债券。我们的工作表明，石墨烯的磁响应可以由场效应控制，类似于其输运和光学性质，并且自旋扩散长度可以在一定的载流子密度以上显著增强。
2013-05-10 cond-mat.mes-hall
Reversible Fluorination of Graphene: towards a Two-Dimensional Wide Bandgap Semiconductor
我们报告了石墨烯氟化物的合成和证据，石墨烯是一种二维宽带隙半导体。氟化石墨烯表现出六方晶序和强绝缘行为，在室温下电阻超过10 G $Ω$。氟化石墨烯中的电子输运通过由于带隙中的局域态的存在而在二维中的可变范围跳跃来很好地描述。通过还原氟化石墨烯获得的石墨烯是高度导电的，在室温下表现出小于100 k $Ω$的电阻率。我们的方法提供了一种新的途径，可逆工程的能带结构和导电性的石墨烯的电子和光学应用。
2010-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible Modification of Rashba States in Topological Insulators at Room Temperature by Edge Functionalization
The University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Kyung Hee University（庆熙大学）
通过边缘功能化在室温下实现拓扑绝缘体中Rashba态的可逆调控
2025-07-09 cond-mat.mes-hall
Asymmetric nano graphene model applied to graphite-like room-temperature ferromagnetism
仅由碳、氢和/或氮等轻元素组成的室温铁磁材料，即所谓的碳磁体，对于在科学和工业中创造新的材料类别非常有吸引力。最近的几个实验表明，在室温下的铁磁功能，特别是在石墨基材料。本文采用半经验分子轨道方法和第一性原理密度泛函理论对纳米尺度的非对称石墨烯分子进行了模拟，揭示了这种铁磁性特征的形成机理。不对称二氢化锯齿形边缘石墨烯分子表明高自旋态比低自旋态在总分子能量上更稳定。质子离子辐照在产生这种不对称特征方面起着重要作用。同时，用类似的非对称分子模型解释了含氮石墨的铁磁性。
2011-01-21 cond-mat.mes-hall
Experimental Demonstration of XOR Operation in Graphene Magnetologic Gates at Room Temperature
我们报告了在室温下建立在石墨烯上的磁逻辑门的实验演示。这种磁门由三个铁磁电极组成，接触单层石墨烯自旋通道，并依赖于石墨烯中的自旋注入和自旋输运。我们利用自旋注入的电偏压调整来平衡输入，并达成异或逻辑运算。此外，器件性能的模拟表明，通过优化器件参数，如器件尺寸，可以实现对自旋电子学应用的实质性改善。这一进展有望成为基于自旋的信息处理的基本组成部分。
2015-11-29 cond-mat.mes-hall
Reversible hydrogenation and band gap opening of graphene and graphite surfaces probed by scanning tunneling spectroscopy
通过扫描隧道显微镜和光谱研究了氢化对石墨烯和石墨表面形貌和电子性质的影响。使用Ar/H2等离子体对表面进行化学改性。分析数千个扫描隧道光谱测量，我们确定石墨/石墨烯表面上的氢化学吸附在费米能级附近平均打开0.4 eV的能带隙。我们发现，虽然等离子体处理以不可逆的方式改变了表面形貌，但电子性质的变化可以通过适度的热退火来逆转，并且样品可以再次氢化，从而在第二次氢化后产生类似的，但略有降低的半导体行为。
2012-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A fast, sensitive, room-temperature graphene nanomechanical bolometer
测辐射热计是探测红外到太赫兹频率的光的一种强大而重要的手段，它们已被用于从天文观测到热成像的一系列用途。随着用途的多样化，对更快、更灵敏的室温测辐射热计的需求越来越大。为此，石墨烯由于其微小的热容量和固有的超宽带吸收而引起了人们的兴趣，这些特性使其能够快速检测几乎任何波长的低水平光。然而，石墨烯在室温下的传统电测辐射热法中令人失望，因为其弱的温度依赖性电阻率和异常高的热导率。在这里，我们用一种新的方法克服了这些挑战，该方法通过跟踪石墨烯纳米机械谐振器的谐振频率来检测光。被吸收的光加热并热拉伸谐振器，从而改变其频率。使用这种方法，我们实现了7 pW/Hz ^[1/2]的室温噪声等效功率，比电子石墨烯测辐射热计灵敏100倍，速度（1.3 MHz）大大超过了最先进的微测辐射热计。
2018-10-31 cond-mat.mes-hall
Enhanced spin accumulation at room temperature in graphene spin valves with amorphous carbon interfacial layers
我们证明了一个大的增强的自旋积累在单层石墨烯以下的电子束诱导沉积的无定形碳层在铁磁体-石墨烯界面。当石墨烯沉积在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）上并暴露于足够的电子束剂量以交联PMMA时，增强是10^4倍，而当石墨烯直接沉积在SiO2上并暴露于相同剂量时，增强是10^3倍。我们将这种差异归因于在前一种情况下更有效的碳沉积，这是由于PMMA释放的含碳化合物的存在增加。无定形碳界面可以维持非常大的电流密度而不退化，这导致在室温下超过500微电子伏的非常大的自旋积累。
2015-06-15 cond-mat.mes-hall
Exploring room temperature spin transport under band gap opening in bilayer graphene
本研究探讨了hBN封装的双层石墨烯中室温电荷与自旋输运的电学控制，发现通过垂直位移场开启带隙可调制自旋输运参数，并展示了自旋场效应晶体管的基本运作。
2023-05-17 cond-mat.mes-hall
Atomically perfect torn graphene edges and their reversible reconstruction
石墨烯边缘的原子结构在确定截短的石墨烯结构（特别是纳米带）的电、磁和化学性质方面是关键的。不幸的是，石墨烯边缘通常远非理想，并且遭受原子级缺陷、结构扭曲和非预期的化学官能化，导致不可预测的性质。在这里，我们报告说，在高真空中通过电子束引发的机械破裂或撕裂制造的石墨烯边缘是干净的，在很大程度上是原子上完美的，在扶手椅或Z字形方向取向。通过像差校正的透射电子显微镜，我们证明了可逆的和扩展的五边形-七边形（5-7）在锯齿形边缘重建，并从实验和理论上探索配置状态之间的转换的动力学。在5-7和6-6锯齿边缘态之间的翻转率的理论和实验结果吻合较好。我们的研究表明，简单的撕裂是非常有效的生产原子清洁，理想的终端，从而提供了一个有价值的工具，实现原子定制的石墨烯和促进有意义的实验研究。
2013-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dual Origin of Room Temperature Sub-Terahertz Photoresponse in Graphene Field Effect Transistors
由于石墨烯$'$优异的电子迁移率，石墨烯被认为是用于高达太赫兹（THz）范围的高频辐射检测器的有前途的平台。先前已经表明，石墨烯场效应晶体管（FET）由于热电和/或等离子体波整流而对入射的THz辐射表现出室温宽带光响应。这两种效应表现出类似的功能依赖于栅极电压，因此，它被发现是很难解开这些贡献在以前的研究。在这封信中，我们报告了在不同温度下分析的石墨烯场效应晶体管的亚太赫兹响应的实验和理论研究。这种温度依赖性的研究使我们能够揭示光热电效应，pn结整流，和等离子体激元整流中的石墨烯FET的亚太赫兹光响应的作用。
2018-03-19 cond-mat.mes-hall
Room-temperature quantum transport signatures in graphene/LaAlO3/SrTiO3 heterostructures
赝自旋量子自由度是石墨烯区别于普通二维金属和半导体的最显着特性之一。赝自旋量子干涉导致弱反局域化（WAL），并受到点缺陷和热扰动的强烈影响，这些缺陷和热扰动破坏了手征性并破坏了相位相干性。在室温下保持和操纵量子输运性质是实现实用的基于赝自旋的石墨烯器件的关键。在这里，我们报告的复杂氧化物异质结构，LaAlO 3/SrTiO 3的石墨烯场效应器件的制造和传输特性。WAL的签名，赝自旋量子干涉的结果，坚持到室温。LaAlO 3/SrTiO 3衬底在抑制短程杂质散射和电子-声子耦合方面起着关键作用。在室温下观察量子输运特征是该系统所独有的，并为开发基于赝自旋的器件和耦合到复合氧化物界面的新型多功能器件提供了新的机会。
2016-07-02 cond-mat.mes-hall
Room temperature quantum Hall effect in a gated ferroelectric-graphene heterostructure
本文提出在铁电绝缘体 CuInP2S6 封装的石墨烯异质结构中，通过静电栅控实现室温、适中磁场下的量子霍尔效应，为室温可控量子霍尔平台及紧凑电阻标准提供新途径。
2023-05-26 cond-mat.mes-hall
Single photon emission from graphene quantum dots at room temperature
在凝聚态领域，石墨烯作为纳米电子学的新兴材料发挥着核心作用。然而，石墨烯是一种半金属，这对未来的一些应用构成了严重的限制。因此，正在进行大量努力来开发其结构与石墨烯晶格相容的半导体材料。从这个角度来看，小块石墨烯代表了一种有前途的替代品。特别地，它们的电子、光学和自旋性质原则上可以通过设计它们的尺寸、形状和边缘来控制。例如，具有锯齿形边缘的石墨烯纳米带具有局域化的自旋极化状态。同样地，可以通过设计石墨烯量子点的结构来选择单重态-三重态能量分裂。此外，自下而上的分子合成使这些潜力触手可及。在这里，我们报告了一个单一的发射极的研究，直接解决了一个单一的石墨烯量子点的固有特性。特别是，我们表明石墨烯量子点在室温下发射单光子，具有高纯度，高亮度和良好的光稳定性。这些结果为基于这些纳米级石墨烯的新量子系统的开发铺平了道路。
2018-02-27 cond-mat.mes-hall
Efficient Electrical Detection of Mid-Infrared Graphene Plasmons at Room Temperature
石墨烯等离子体激元的光激发和随后的衰减可以产生电荷载流子温度的显著增加。一种将这种温度升高转换为室温下可测量电信号的有效方法可以实现重要的中红外应用，例如无处不在的移动设备中的热传感和成像。然而，尽管这一目标可能很有吸引力，但由于石墨烯中载流子输运的热电系数适中且温度依赖性较弱，因此仍未实现。在这里，我们展示了由准一维纳米带互连的等离子共振器阵列组成的中红外石墨烯探测器。与纳米带中的无序相关联的局部势垒产生载流子传输的显著温度依赖性，从而使得能够在附近的石墨烯谐振器中对等离子体衰变进行电检测。我们进一步实现了一个5*5微米2的亚波长足迹在12.2微米，外部响应度为16 mA/W，在室温下的1.3 nW/Hz 1/2的低噪声等效功率，和工作频率可能超过千兆赫兹的设备。重要的是，我们的设备是使用大规模石墨烯制造的，具有简单的两端几何结构，代表了实现片上石墨烯中红外探测器阵列的重要一步。
2018-05-16 cond-mat.mes-hall
Graphene as a reversible spin manipulator of molecular magnets
分子纳米自旋电子学的主要目标之一是通过适当的外部手段来操纵具有d电子中心的有机分子的自旋态。在这封信中，我们证明了第一性原理密度泛函计算，以及二阶微扰理论，应变诱导的自旋态的变化，从S=1 $\to$ S=2，发生在铁卟啉（FeP）分子沉积在石墨烯晶格中的双空位位置。该过程在某种意义上是可逆的，即在石墨烯晶格中施加拉伸或压缩应变可以使FeP稳定在不同的自旋状态，每个自旋状态具有独特的饱和力矩和易轴取向。这种效应是由FeP中Fe-N键长的变化引起的，这影响了分子能级图以及石墨烯层的C原子与FeP的分子轨道之间的相互作用。
2012-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible magnetism switching in graphene-based systems via the decoration of photochromic molecules
通过第一性原理计算，我们证明了当用光致变色分子修饰时，可以利用光可逆地控制纳米磁性系统的磁性。选择石墨烯基磁性系统和光致变色偶氮苯分子的组合作为模型系统。发现偶氮苯分子的{ \it transs}和{ \it cis}异构体可以通过光激发在彼此之间转换，对系统的磁性具有显著不同的影响。研究结果为今后设计光可控的分子尺度自旋电子器件奠定了基础。
2013-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of well-defined Kohn-anomaly in high-quality graphene devices at room temperature
由于其超薄的性质，石墨烯量子光电子学的研究，如栅极依赖的石墨烯拉曼特性，被与衬底和环境的相互作用所掩盖。例如，使用掺杂硅与覆盖热氧化物层限制观察到一个良好定义的科恩异常行为的低温，有关的绝热玻恩-奥本海默近似的故障。在这里，我们设计了一种光电子器件，由单层石墨烯与薄石墨引线电接触组成，位于原子级平坦的六方氮化硼（hBN）衬底上，并与超薄金（Au）层进行栅控。我们表明，这种设备是光学透明的，没有背景光峰和光致发光的设备组件，并没有产生激光诱导的静电掺杂（光掺杂）。这使得室温门依赖的拉曼光谱效应，迄今为止，只有在低温下观察到的，尤其是科恩异常声子能量归一化。通过将石墨烯光电特性与衬底效应解耦，新的器件架构允许在室温下观察量子现象。
2022-07-19 cond-mat.mes-hall
High magnetoresistance at room temperature in p-i-n graphene nanoribbons due to band-to-band tunneling effects
利用p-i-n扶手椅-石墨烯-纳米晶（GNR）异质结在室温下获得了很大的磁电阻效应。主要优点是由于接触中存在带隙而实际上消除了热流。由于带间隧穿效应，B= 0 T时的电流大大降低，而B> 0 T时的电流相对较大，导致即使在室温下也具有高的磁阻比。此外，我们探讨的边缘粗糙度，长度和宽度的GNR通道上的器件性能的影响。边缘粗糙度和沟道长度的增加提高了磁阻比，而沟道宽度的增加可以降低工作偏压。
2011-07-26 cond-mat.mes-hall
Spin Hall Effect in Bilayer Graphene Combined with an Insulator up to Room Temperature
石墨烯中的自旋-轨道耦合可以通过化学官能化、吸附原子装饰或与范德华材料接近来增强。由于预期这种增强会引起相当大的自旋霍尔效应，这是一种与技术相关的自旋-电荷电流转换现象，因此引起了广泛的研究兴趣。然而，它仅在石墨烯/过渡金属二硫属化物范德华异质结构中测量，具有有限的可扩展性。在这里，我们实验证明自旋霍尔效应的双层石墨烯结合的绝缘体，蒸发的氧化铋层到室温。测量的自旋霍尔效应很可能是由外在机制引起的。具有较大的自旋-电荷转换效率，可扩展性和易于集成到电子器件，我们展示了一种有前途的材料异质结构，适用于基于自旋的器件应用。
2020-05-14 cond-mat.mes-hall
Evanescent field optical readout of graphene mechanical motion at room temperature
石墨烯机械谐振器最近吸引了相当多的关注，用于精密力和质量传感应用。迄今为止，它们的振荡运动的读出通常需要低温条件来实现高灵敏度，这限制了它们的应用范围。在这里，我们报告的第一个演示的倏逝光读出的石墨烯运动，使用的方案，不需要低温条件下，并在室温下表现出增强的灵敏度和带宽。我们利用高$Q$微球来实现70 $μ$ m直径石墨烯鼓形谐振器的倏逝波读出，其信噪比大于25 dB，对应于$S_{N}^{1/2} = $ 2.6 $\times 10^{-13}$ m $\mathrm{Hz}^{-1/2}$的转导灵敏度。使用该谐振器的力测量的灵敏度受到驱动谐振器的热噪声的限制，对应于室温（T = 300 K）下具有35 kHz带宽的$F_{min} = 1.5 \times 10^{-16}$ N ${\mathrm{Hz}}^{-1/2}$的力灵敏度。在30 $μ$ m石墨烯鼓上的测量具有足够的灵敏度来分辨最低的三个热驱动机械共振。
2014-08-07 cond-mat.mes-hall
Proximity induced room-temperature ferromagnetism in graphene probed with spin currents
在石墨烯中引入和控制铁磁性为基础和应用研究开辟了一系列新的方向。到目前为止，已经采用了几种方法，例如引入缺陷，用吸附原子官能化，以及将石墨烯成形为具有明确定义的锯齿形边缘的纳米带。一种更鲁棒且侵入性更小的方法利用通过与石墨烯接近的铁磁绝缘体引入交换相互作用。在这里，我们提出了一个直接测量的交换相互作用在室温下的铁磁石墨烯。我们研究了在钇铁石榴石衬底上剥离的石墨烯中的自旋输运，其中观察到的自旋进动清楚地表明了交换场的存在和强度，这是诱导铁磁性的明确证据。我们用一个修正的Bloch扩散方程描述了结果，并提取了一个0.2T量级的平均交换场。此外，我们证明了邻近感应的2D铁磁体可以有效地调制自旋电流通过控制交换场的方向。这些结果可以为单原子厚自旋电子器件中的磁栅可调自旋输运提供基础。
2016-01-05 cond-mat.mes-hall
Sensitive Room-Temperature Terahertz Detection via Photothermoelectric Effect in Graphene
太赫兹（THz）辐射的用途从安全到医学;然而，敏感的THz室温检测是出了名的困难。石墨烯中的热电子光热电效应是一种很有前途的检测机制：光激发载流子由于强的电子-电子相互作用而迅速热化，但将能量损失到晶格中的速度较慢。电子温度梯度驱动电子扩散，并且由于局部选通或不同接触金属而引起的不对称性经由热电效应产生净电流。在这里，我们展示了一个石墨烯热电太赫兹光电探测器，其灵敏度在室温下超过10 V/W（700 V/W），噪声等效功率小于1100 pW/Hz^1/2（20 pW/Hz^1/2），参考入射（吸收）功率。这意味着与最佳耦合设备的最佳室温THz探测器相比具有竞争力的性能，而时间分辨测量表明，我们的石墨烯探测器比那些快8到9个数量级。一个简单的模型的响应，包括接触不对称性（电阻，功函数和费米能量钉扎）再现的定性特征的数据，并表明，数量级的灵敏度的改善是可能的。
2014-09-13 cond-mat.mes-hall
Wafer-scale fabrication and room-temperature experiments on graphene-based gates for quantum computation
我们已经制造了适合在室温下实现单量子位量子门和改进的Deutsch-Jozsa算法的基于石墨烯的晶圆级配置。我们的测量证实了载流子通过这两种类型的器件传播的（准）弹道性质，这两种类型的器件的尺寸小于石墨烯中的室温平均自由程。因此，发现两种基于石墨烯的配置都适合于量子计算。这些结果对于展示基于石墨烯的小型化室温量子计算机是令人鼓舞的。
2018-03-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Hybrid superlattices of graphene and hexagonal boron nitride: A ferromagnetic semiconductor at room temperature
碳（C）掺杂的六方氮化硼（hBN）在室温下具有铁磁性。还报道了在hBN中被C取代形成石墨烯岛。本文从第一性原理和平均场哈伯德模型出发，对hBN中石墨烯岛的铁磁性进行了机理上的理解。我们发现一个一般的属性，在二分晶格中的子晶格不同的现场能量，如在hBN，本地磁矩之间的顺序可以是实质性的，主要是反铁磁（AFM），如果它们被嵌入在相同的子晶格，除非由莫特像子晶格间的自旋分离，由于强本地化为主。主要的AFM顺序是植根于自旋分辨的空间分离的孤对氮（N）和背转移的电子在硼（B）由于库仑排斥，因此基本上意味着一个超交换路径。随后，我们提出了一类亚铁磁有序的互穿超晶格的磁性石墨烯岛在hBN中，它可以被选择为铁磁半导体或半金属，并保持在室温下的净非零磁矩。
2019-02-27 cond-mat.mes-hall
Room Temperature All Semiconducting sub-10nm Graphene Nanoribbon Field-Effect Transistors
系统研究了亚10 nm宽石墨烯纳米晶体管场效应晶体管（GNRFFET）。所有亚10 nm GNR无一例外地提供了半导体FET，其Ion/Ioff比高达10^6，通态电流密度高达~ 2000 uA/um。我们估计载流子迁移率~ 200 cm 2/Vs和散射平均自由程~ 10 nm的亚10 nm GNRs。讨论了边缘、声子和缺陷的散射机制。亚10 nm的GNRFFET在通态电流密度和Ion/Ioff比方面与具有Pd接触的小直径（d<=~1.2nm）碳纳米管FET相当，但具有制造全半导体器件的优势。
2008-05-03 cond-mat.mes-hall
Control of graphene's properties by reversible hydrogenation
石墨烯--一个单层的碳原子密集地堆积成六边形晶格--具有最强的原子键之一，可以被视为一个坚固的原子级支架，其他化学物质可以附着在上面而不会破坏它。石墨烯是一个巨大的扁平分子，可以进行化学改变，这一观点得到了所谓的氧化石墨烯的观察的支持，也就是被羟基和其他基团密集覆盖的石墨烯。不幸的是，氧化石墨烯是强烈无序的，导电性差，难以还原到原始状态。尽管如此，人们可以想象原子或分子以严格的周期性方式附着在原子支架上，这应该会导致不同的电子结构，本质上是不同的晶体材料。一个假设的例子是石墨烷，一种宽禁带半导体，其中氢键合到石墨烯的每个碳位点。在这里，我们表明，通过将石墨烯暴露于原子氢，有可能将这种高导电半金属转化为绝缘体。透射电子显微镜显示，该材料保留了六方晶格，但其周期明显短于石墨烯，为新的石墨烯衍生物提供了直接证据。发现与氢的反应是可逆的，退火可以恢复原来的金属态和晶格间距，甚至恢复量子霍尔效应。我们的工作证明了石墨烯化学改性的概念，这保证了一系列具有设计的电子和其他性质的新二维晶体。
2008-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Micro-engineered CH$_3$NH$_3$PbI$_3$ nanowire/graphene phototransistor for low intensity light detection at room temperature
甲基碘化铅铵钙钛矿彻底改变了第三代固态太阳能电池领域，导致简单的太阳能电池结构1和高达20.1%的认证效率。最近，有机金属卤化物钙钛矿的独特的光捕获特性已被开发用于光电探测器，其中纯钙钛矿基器件和混合纳米结构的响应度分别达到约3.5 A/W和180 A/W。在这里，我们报告的第一个混合光电晶体管的光活性甲基铵碘化铅纳米线（以下简称MAPbI $_3$ NW）的网络的性能增强CVD生长的单层石墨烯。这些器件在可见光范围内显示出高达~ 2.6 × 10 $^6$ A/W的响应率，显示出作为室温单电子检测器的潜力。
2016-12-03 cond-mat.mes-hall
Electrically tunable and reversible magnetoelectric coupling in strained bilayer graphene
具有破缺反转对称性的六边形二维系统中的谷携带内禀轨道磁矩。尽管如此，这样的系统拥有零净磁化，除非额外的对称性被打破，因为来自两个谷的贡献抵消。通过施加单轴应变以打破晶格的旋转对称性和施加面内电场以打破由于所产生的电流的时间反转对称性，可以诱导非零净磁化。这产生了磁电效应，其强度由磁电敏感性表征，其描述了每单位施加的面内电场的感应磁化。在这里，我们预测Bernal堆叠的双层石墨烯的磁电磁化率的强度作为应变的大小和方向，化学势和层间电场的函数。我们估计，轨道磁化~5400 $μ_{\text{B}}/μ\text{m}^2$可以实现1%的单轴应变和10 $μ\text{A}$偏置电流，这是几乎三个数量级大于以前探测的应变单层MOS $_2$。我们还确定制度，其中的磁电磁化率不仅开关后的层间电场反转的迹象，但也响应于载流子密度的微小变化。利用这种可逆性，我们进一步表明，它是实验上可行的探测效果，使用扫描磁强计。
2021-03-06 cond-mat.mes-hall
Large room temperature spin-to-charge conversion signals in a few-layer graphene/Pt lateral heterostructure
不需要磁性材料而产生和检测纯自旋电流是实现全电控自旋电子器件的关键因素。在这个框架中，实现大的自旋-电荷转换信号是至关重要的，因为合理的应用需要相当大的输出。不幸的是，迄今为止获得的数值相当低。在这里，我们利用自旋霍尔效应通过使用Pt，一种非磁性金属与强自旋轨道耦合，产生和检测纯自旋电流在几层石墨烯通道。此外，石墨烯具有比金属更长距离的自旋传输和更高的电阻率的出色性能，使我们能够在石墨烯/Pt横向异质结构中实现迄今为止文献中报道的室温下最大的自旋到电荷电压信号。我们的方法为实现基于自旋轨道的逻辑电路和在没有磁场的情况下对自旋信息的所有电气控制开辟了令人兴奋的机会。
2017-07-07 cond-mat.mes-hall
Reversible doping of graphene field effect transistors by molecular hydrogen: the role of the metal/graphene interface
在这项工作中，我们提出了一个关于如何以及为什么分子氢改变石墨烯场效应晶体管的电子特性的调查。我们证明，与H2的相互作用导致石墨烯接触异质结附近的石墨烯的局部掺杂。我们还表明，这种相互作用强烈依赖于金属-石墨烯界面的特性。通过改变接触中的金属类型，我们观察到欧姆接触可以与石墨烯强或弱静电耦合。对于强耦合接触，由接触促进的电荷转移效应的特征导致不对称双极传导，并且这种不对称性可以在与H2的相互作用下是可调谐的。另一方面，对于与石墨烯弱耦合的接触，氢相互作用具有更深刻的影响。在这种情况下，在H2暴露时，器件在石墨烯晶体管转移曲线中显示出第二电荷中性点（双峰响应）。我们认为，这种双峰现象是由于石墨烯的功函数与金属电极的功函数在H2分子作用下发生解耦而引起的。我们还表明，在金属-石墨烯界面处的气体诱导的改性可以被利用来创建受控的石墨烯pn结，具有相当大的电子转移到石墨烯层和石墨烯电阻的显著变化。这些效应可以为合适的金属接触工程铺平道路，为气体传感器等器件的应用提供巨大的潜力。
2020-03-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Room temperature spin Hall effect in graphene/MoS$_2$ van der Waals heterostructures
石墨烯是一种用于长距离自旋传输的优秀材料，但几乎不允许自旋操纵。过渡金属二硫属化物通过邻近效应将其强的自旋-轨道耦合压印到石墨烯中，并且已经预测可以实现由于自旋霍尔和Rashba-Edelstein效应而引起的有效的自旋-电荷转换。在这里，通过将霍尔探针与铁磁电极相结合，我们明确地实验证明了由MoS $_2$邻近诱导的石墨烯中的自旋霍尔效应，并且对于高达室温的不同温度。自旋输运和自旋霍尔效应发生在相同材料的不同部分中的事实引起了迄今为止未报道的自旋-充电电压输出的效率。值得注意的是，对于一个单一的石墨烯/MoS $_2$异质结构为基础的设备，我们证明了一个叠加的自旋-电荷电流转换，可以无可争议地与邻近诱导的Rashba-Edelstein效应在石墨烯或自旋霍尔效应在MoS $_2$。通过比较我们的结果与理论计算，后一种情况被发现是最合理的。我们的研究结果为二维材料中自旋信息传输和自旋-电荷转换的结合铺平了道路，为未来各种自旋电子学应用开辟了令人兴奋的机会。
2018-10-30 cond-mat.mes-hall
Room temperature magnetic order on zigzag edges of narrow graphene nanoribbons
在其他非磁性材料如碳中出现的磁序是一种新型s-p电子磁性的典型例子，预计这种电子磁性具有特殊的高温稳定性。已经证明，石墨烯的原子尺度结构缺陷可以容纳不成对的自旋。然而，目前还不清楚在什么条件下，长程磁序可以出现从这样的缺陷约束磁矩。在这里，我们提出，与随机缺陷分布相反，具有特定结晶取向的石墨烯边缘的原子尺度工程，包括仅来自二分石墨烯晶格的一个子晶格的边缘原子，可以产生鲁棒的磁序。我们采用基于扫描隧道显微镜的纳米带技术来定义具有纳米精度和良好定义的晶体学边缘取向的石墨烯纳米带。虽然扶手椅带显示量子限制带隙，但窄于7 nm的Z字形带显示约0.2 - 0.3eV的带隙，这可以被识别为沿其边缘的相互作用诱导的自旋有序的特征。此外，半导体到金属的过渡时，揭示了增加带的宽度，表示从反铁磁到铁磁配置的相对带边缘之间的磁耦合的切换。我们发现，即使在室温下，石墨烯边缘的受控锯齿形取向的磁性秩序也可以保持稳定，这为在环境条件下工作的石墨烯基自旋电子器件带来了希望。
2014-11-05 cond-mat.mes-hall
Room-Temperature Superfluidity in Graphene Bilayers
由于石墨烯是具有几乎相同的导电带和价带的原子二维无带隙半导体，基于石墨烯的双层是高温电子-空穴对凝聚的有吸引力的候选者。我们提出的估计表明，这些二维逆流超流体的Kosterlitz无温度可以接近室温。
2008-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Extraordinary high room-temperature carrier mobility in graphene-WSe$_2$ heterostructures
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Université de Montpellier（蒙彼利埃大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Vienna University of Technology（维也纳工业大学）；AMO GmbH（AMO有限公司）
研究发现，由WSe₂、石墨烯和hBN构成的异质结构可使石墨烯室温载流子迁移率提升3倍以上，达350000 cm²/(V·s)，其电阻率温度依赖性弱于其他石墨烯衬底，对电子-声子散射的现有理解提出了挑战。
2026-09-01 cond-mat.mes-hall
Realization of room-temperature ferromagnetic semiconducting state in graphene monolayer
室温铁磁半导体在非易失性数字电路中具有重要的应用价值，它可以提供一个理想的系统，使我们可以同时利用电子的电荷和自旋。然而，寻找室温铁磁半导体至今仍只是一个诱人的想法，从未在实践中实现。在这里，我们证明了石墨烯单层，与下面的Ni（111）衬底杂交，是室温铁磁半导体，已经持续了几十年的研究。我们的自旋极化扫描隧道显微镜（STM）的实验，辅以第一性原理计算，明确表明，石墨烯和镍衬底之间的相互作用产生了一个大的间隙在石墨烯，同时导致相对移动之间的多数和少数自旋带。因此，Ni衬底上的石墨烯片即使在室温下也表现出具有几十meV能量的自旋极化带隙。这一结果使室温铁磁半导体的科学和应用成为可能，并为基于石墨烯的新型信息技术带来了希望。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-mediated room-temperature quantum Hall transport in graphene
二维电子系统（2DES）中的量子霍尔（QH）效应通常在液氦温度下观察到，其中晶格振动被强烈抑制，体载流子散射由无序主导。然而，由于大的朗道能级（LL）分离（在B = 30 T下~2000 K），石墨烯可以支持高达室温（RT）的QH效应，伴随着不可忽略的声学声子群，其波矢量与逆电子磁性长度相称。在这里，我们证明，石墨烯封装在六方氮化硼（hBN）实现了一种新的传输制度，其中在QH相的耗散主要是由电子-声子散射。调查热激活运输填充因子2 RT的背栅设备的合奏，我们表明，高B-场的行为与他们的零B-场运输迁移率。通过这种方式，我们扩展了广泛接受的概念，声子有限的电阻率在超净石墨烯到一个迄今为止尚未探索的高场领域。
2023-01-20 cond-mat.mes-hall
Graphene field effect transistors as room-temperature Terahertz detectors
石墨烯独特的光电特性[1]使其成为各种光子应用的理想平台[2]，包括快速光电探测器[3]，透明电极[4]，光学调制器[5]和超快激光器[6]。由于其高载流子迁移率、无带隙光谱和与频率无关的吸收系数，它已被认为是用于开发在电磁波谱（波长在数百微米范围内）的太赫兹（THz）区域中操作的检测器和调制器的非常有前途的元件，这在固态器件方面仍然严重缺乏。在这里，我们展示了基于天线耦合石墨烯场效应晶体管（FET）的高效THz探测器。这些利用非线性FET响应于在栅电极处的振荡辐射场，具有热电和光电导起源的贡献。我们展示了在0.3 THz下的室温（RT）操作，噪声等效功率（NEP）水平< 30 nW/Hz^（1/2），表明我们的设备远远超出了概念验证阶段，并且已经可以在现实环境中使用，从而实现宏观样品的大面积快速成像。
2012-03-14 cond-mat.mes-hall
Electronic spin transport and spin precession in single graphene layers at room temperature
石墨烯的特殊能带结构，具有独特的谷结构和将空穴态与电子态分开的狄拉克中性点，导致观察到新的电子输运现象，例如量子化的霍尔效应，不存在弱局域化和存在最小电导率。除了耗散输运之外，还观察到了超电流输运。也有人认为，石墨烯可能是自旋电子学和相关应用的一种有前途的材料，例如自旋量子比特的实现，这是由于低的固有自旋轨道相互作用，以及电子自旋与碳核的低超精细相互作用。作为石墨烯自旋电子学和自旋量子比特方向的第一步，我们报告了使用基于单个石墨烯层的场效应晶体管在微米长距离上观察自旋输运以及拉莫尔自旋进动。使用非局部自旋阀几何形状，采用具有铁磁钴电极的四个端子接触几何形状，其通过薄氧化物层与石墨烯片接触。我们观察到清晰的双极（从正号变为负号）自旋信号，其反映了所有4个电极的磁化方向，表明自旋相干性在所有4个接触下方延伸。自旋信号在4.2K、77 K和室温之间没有明显变化。从Hanle型自旋进动测量中，我们得到了室温下1.5 ~ 2 μ m的自旋弛豫长度，它与电荷密度的关系很小，从狄拉克中性点的n~0到n = 3.6 × 10^16/m^2。铁磁接触的自旋极化从测量计算为约10%。
2007-06-13 cond-mat.mes-hall
CVD bilayer graphene spin valves with 26 $μ$m spin diffusion length at room temperature
我们提出了由CVD生长的双层石墨烯（BLG）制造的倒置自旋阀，其在室温下的器件性能与最先进的双层石墨烯自旋阀相比增加了一倍以上。这是可能的PDMS液滴辅助全干转移技术，弥补了以前的工艺缺陷，在设备制造。栅极相关的汉勒测量显示自旋寿命高达5.8 ns和自旋扩散长度高达26 $μ$ m在室温下结合的电荷载流子迁移率为$\approx$ 24 000 cm $^{2}$（Vs）$^{-1}$的最佳设备。我们的研究结果表明，CVD生长的BLG显示出与CVD-石墨烯甚至剥离的单层石墨烯同样良好的室温自旋输运性质。
2022-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strongly anisotropic spin relaxation in graphene/transition metal dichalcogenide heterostructures at room temperature
石墨烯由于其可调谐的电子特性，已成为未来二维自旋电子学的首要材料。在石墨烯中，自旋信息可以长距离传输，并且原则上可以通过使用磁相关或由邻近效应引起的大自旋轨道耦合（SOC）来操纵。特别地，当石墨烯与半导体过渡金属十硫属化物（例如二硫化钨（WS $_2$））界面连接时，已经预测了显著的SOC增强。这种增强的签名最近有报道，但在这些系统中的自旋弛豫的性质仍然未知。在这里，我们明确地证明了各向异性的自旋动力学在双层异质结构，包括石墨烯和WS $_2$。通过使用面外自旋旋进，我们表明，自旋寿命是最大的自旋时，石墨烯平面的指向。此外，我们观察到的自旋寿命变化超过一个数量级取决于自旋取向，表明强自旋谷耦合WS $_2$中的双层中的印记，并认为传播的自旋。这些发现为探索二维材料中的耦合自旋谷现象提供了一个丰富的平台，并提供了基于自旋弛豫各向异性的新型自旋操纵策略。
2018-04-25 cond-mat.mes-hall
Micrometer-scale ballistic transport in encapsulated graphene at room temperature
由封装在六方氮化硼中的石墨烯制成的器件表现出显著的负弯曲电阻和异常霍尔效应，这是对于宽范围的载流子浓度在微米尺度上的室温弹道输运的直接结果。封装使得石墨烯实际上不受环境气氛的影响，同时允许使用氮化硼作为顶部栅极电介质。
2011-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate tunable spin-charge interconversion in a graphene/ReS$_{2}$ heterostructure up to room temperature
本文通过在石墨烯与室温铁电候选材料ReS₂之间构建异质结引入邻近自旋-轨道耦合，实现了面内和面外自旋流的自旋-电荷相互转换，并在最高300 K及不同栅压下验证其可调性。
2025-08-18 cond-mat.mes-hall
