多晶石墨烯中的电荷输运：挑战与机遇

多晶石墨烯能带结构的外应变和失配应变调谐

Tunable Band Structures of Polycrystalline Graphene by External and Mismatch Strains

缺乏带隙在很大程度上限制了石墨烯在电子器件中的应用。先前的研究表明，多晶石墨烯中的晶界（GBs）可以显著改变石墨烯的电学性质。在这里，我们调查的能带结构的多晶石墨烯调谐外部施加的应变和内在的失配应变在GB的密度泛函理论（DFT）计算。我们发现，即使在单轴和双轴应变很大的情况下，具有对称GB的石墨烯通常也具有零带隙。然而，一些特定的不对称GB可以打开石墨烯中的带隙，并且它们的能带结构可以通过外部应变基本上调谐。在匹配扶手椅结构GB（5，5）中观察到最大带隙为0.19 eV|（3，7），当单轴应变增加到9%时，取向差θ= 13 o。虽然失配应变在非对称晶界中是不可避免的，但它对多晶石墨烯的带隙的影响很小。

多晶石墨烯的低温热导率

Low-temperature thermal conductivity in polycrystalline graphene

对多晶石墨烯的低温热导率进行了理论研究。通过考虑样品边界、点缺陷和晶界上的散射，计算了三支声学声子的贡献。声子散射由于样品的边界和晶界示出，导致在$T^α$ -行为的热导率，其中$α$在1和2之间变化。这种行为被发现是更明显的纳米尺寸的晶界。PACS：65.80.Ck，81.05.ue，73.43.Cd

Structural dynamics of polycrystalline graphene

The exceptional properties of the two-dimensional material graphene make it attractive for multiple functional applications, whose large-area samples are typically polycrystalline. Here, we study the mechanical properties of graphene in computer simulations and connect these to the experimentally relevant mechanical properties. In particular, we study the fluctuations in the lateral dimensions of the periodic simulation cell. We show that over short time scales, both the area A and the aspect ratio B of the rectangular periodic box show diffusive behavior under zero external field during dynam…

多晶Ni表面可控碳沉淀法生长大面积单层和双层石墨烯

Growth of large-area single- and bi-layer graphene by controlled carbon precipitation on polycrystalline Ni surfaces

我们报道了在大气化学气相沉积（CVD）过程中通过在多晶Ni薄膜表面上控制碳沉淀来生长主要由一层或两层石墨烯组成的石墨烯膜。控制CVD过程中的甲烷浓度和石墨烯生长过程中的衬底冷却速率可以显著提高厚度均匀性。结果，单层或双层石墨烯区域占据高达87%的膜面积。单层覆盖率占整个膜的5-11%。这些区域扩展穿过下面的多晶Ni膜的多个晶界。具有多层石墨烯/石墨（>2层）的位点的数密度随着冷却速率降低而降低。这些膜也可以转移到其他衬底上，并且它们的尺寸仅受Ni膜和CVD室的尺寸限制。在这里，我们展示了形成的膜大至1英寸2。这些发现代表了制造大规模高质量石墨烯样品的重要一步。

多晶金上石墨烯掺杂区的第一性原理和扫描隧道谱研究

Domains of doping in graphene on polycrystalline gold: first-principles and scanning tunneling spectroscopy studies

我们利用密度泛函理论和扫描隧道谱对石墨烯/金界面进行了研究。石墨烯和下面的金表面之间的弱相互作用在带结构中留下未扰动的狄拉克锥，但是它们可以相对于整个系统的费米能级移动，这导致石墨烯的有效掺杂。DFT计算表明，界面对吸附距离和金属表面结构非常敏感，特别是掺杂的强烈变化可以归因于衬底原子的特定重排，例如晶体取向的变化，表面的弛豫或其他修饰。另一方面，STS实验表明，在样品的不同位置测量的局部态密度（LDOS）的变化方面的能量异质性的存在。零掺杂和p型掺杂的随机重复区域已分别从抛物线形状特征和明确定义的狄拉克点中确定。石墨烯在金上的掺杂域似乎与样品中存在的各种类型的表面结构有关。石墨烯与Au相互作用的DFT模拟表明，所考虑的衬底结构诱导的掺杂存在很大差异，与实验结果一致。所有这些结果都表明了工程石墨烯的电子性质的可能性，特别是调整整个薄片的掺杂，这对于石墨烯在电子器件中的应用是有用的。

基于真实原子模型的多晶石墨烯力学性能研究

Mechanical properties of polycrystalline graphene based on a realistic atomistic model

石墨烯目前只能通过化学气相沉积法大量生长，这种方法可以产生多晶样品。在这里，我们描述了一种方法来构建现实的多晶石墨烯样品的原子模拟，并将其应用于研究其机械性能。我们发现，裂纹起始于晶界相遇的点，然后主要在锯齿形或扶手椅方向通过晶粒传播，与最近的实验工作一致。与早期的理论预测相反，我们观察到正态分布的本征强度（约为单晶石墨烯的50%）和失效应变，它们不依赖于晶粒之间的取向差角。外推的晶粒尺寸超过15纳米的结果在一个失败的应变约0.09和杨氏模量约600 GPa。当晶界交汇点被识别为Griffith裂纹时，强度的降低可以用传统的连续介质模型来充分解释。

多晶石墨烯等二维材料

Polycrystalline graphene and other two-dimensional materials

石墨烯是一种石墨碳的单原子层，由于其非凡的特性而引起了人们的强烈关注，这些特性使其成为广泛技术应用的合适材料。工业应用所需的大面积石墨烯膜通常是多晶的，即由通过晶界连接的不同取向的单晶晶粒组成。在这里，我们提出了一个审查的研究报告在过去几年中的多晶石墨烯的大机构。我们讨论了它的生长和形成，晶界的微观结构及其与其他类型的拓扑缺陷，如位错的关系。综述还包括与晶界表征有关的电子输运、光学和机械性质以及多晶石墨烯的应用。我们还讨论了研究，仍处于起步阶段，对其他二维材料，如过渡金属dichalcogenides，并提供未来的研究方向的前景。

多晶石墨烯中的电子输运

Electronic transport in polycrystalline graphene

大部分可用的宏观量的材料都是多晶的。石墨烯是最近发现的一种二维碳，具有在未来电子产品中取代硅的强大潜力，也不例外。越来越多的证据表明，使用各种技术获得的石墨烯样品具有多晶性质。晶界是多晶材料的固有拓扑缺陷，有望极大地改变石墨烯中的电子输运。在这里，我们发展了一个理论的载流子传输通过晶界组成的周期性阵列的位错在石墨烯的基础上的动量守恒原理。根据晶界结构，我们发现两种不同的传输行为-高透明度，或完美的反射载流子在非常大的能量范围。第一性原理量子输运计算被用来验证和进一步研究这种惊人的行为。我们的研究揭示了大面积石墨烯样品的输运性质。此外，具有可调传输间隙的周期性晶界的有目的的工程设计将允许控制电荷电流，而不需要在其他半金属石墨烯中引入体带隙。所提出的方法可以被视为构建实用石墨烯电子器件的一种手段。

Efficient structural relaxation of polycrystalline graphene models

Large samples of experimentally produced graphene are polycrystalline. For the study of this material, it helps to have realistic computer samples that are also polycrystalline. A common approach to produce such samples in computer simulations is based on the method of Wooten, Winer, and Weaire, originally introduced for the simulation of amorphous silicon. We introduce an early rejection variation of their method, applied to graphene, which exploits the local nature of the structural changes to achieve a significant speed-up in the relaxation of the material, without compromising the dynamics…

从多晶到单晶石墨烯电子结构的复杂演化：一个新Dirac点的产生

Complex evolution of the electronic structure from polycrystalline to monocrystalline graphene: generation of a new Dirac point

第一性原理计算，用于解决多晶石墨烯的性质，表明在该系统中的倾斜晶界的电子结构显示出相当复杂的演变向石墨烯块体，随着倾斜角减小，在费米能级处产生新的狄拉克点，和各向异性狄拉克锥的低能量激发。此外，在{ \bf K}点处的通常狄拉克点低于费米能级，并且随着倾斜角减小而朝向费米能级上升。此外，我们的计算表明，晶界形成能的行为非单调的倾斜角，由于在空间分布和相对贡献的键拉伸和键弯曲变形与缺陷的形成相关的变化。

多晶石墨烯热导率的温度依赖性：热增强Kapitza电导

Temperature Dependence of Thermal Conductivity of Polycrystalline Graphene: Thermally Enhanced Kapitza Conductance

石墨烯因其优异的导热性能而受到广泛关注，但迄今为止，对多晶石墨烯的热特性的完整理解仍然是难以捉摸的。本文首次采用非平衡分子动力学模拟系统地研究了温度对不同晶粒尺寸和晶界类型的多晶石墨烯热导行为的影响。结果表明，无论晶粒尺寸和晶界类型如何，温度升高都会显著提高晶界热导率（Kapitza热导率），同时也会降低无缺陷晶粒区域的热导率。这种增强效应对于较小的晶粒尺寸和较高的温度变得更加重要，其对热传递的正常不利影响因此被理想地抵消，使得总热导率对于足够小的晶粒尺寸相对于温度增量相当稳健。在从300至500 K加热时，具有最大倾斜晶界的石墨烯的热导率对于50 nm的晶粒尺寸仅降低9%，而对于250 nm降低28%，并且进一步地，其甚至在30 nm以下增加。我们提出了其（晶粒，晶界和总）热导率与晶粒尺寸和温度的定量映射，为基于石墨烯的热工程提供了指导，并提出了新的基于缺陷的热架构。

缺陷和几何形状在多晶石墨烯强度中的作用

Role of defects and geometry in the strength of polycrystalline graphene

固体中的缺陷通常限制材料的机械性能。然而，最近的测量报告说，石墨烯的非常高的强度几乎保留了晶界的存在。我们澄清在这项工作中，晶格缺陷的晶界和扭曲的几何形状，从而诱导定义的机械性能，其特征在于在特定的加载条件下。原子模拟和理论分析表明，拉伸试验测量面内强度，这是由缺陷引起的应力积累，而纳米压痕探针的压头尖端下的局部强度，并承担额外的几何效应从翘曲。这些发现阐明了石墨烯在实际载荷条件下的失效机制，并评估了上述技术在量化石墨烯强度方面的可行性，并表明低维材料的机械性能可以通过植入缺陷和它们导致的几何变形来调节。

多晶石墨烯热输运的双峰尺度尺度大尺度分子动力学模拟

Bimodal grain-size scaling of thermal transport in polycrystalline graphene from large-scale molecular dynamics simulations

石墨烯中的晶界在通过化学气相沉积制备的晶片级样品中是固有的。它们可以强烈地影响石墨烯的机械性能以及电子和热传输。在这项工作中，我们采用广泛的分子动力学模拟来研究大悬浮多晶石墨烯样品中的热输运。不同的控制晶粒尺寸的样品制备最近开发的有效的多尺度方法的基础上相场晶体模型。与以前的工作相比，我们的研究结果表明，缩放的热导率与晶粒尺寸意味着双峰行为与两个有效的Kapitza长度。的缩放是占主导地位的平面外（弯曲）声子的Kapitza长度是一个数量级大于面内声子。我们还表明，为了获得与最新实验的定量一致，需要对晶界的Kapitza电导和原始石墨烯的热导率进行量子校正，并且相应的Kapitza长度必须相应地重整化。

纳米石墨烯的韧性和强度

Toughness and Strength of Nanocrystalline Graphene

原始的单晶石墨烯被认为是已知的最强的材料，具有显着的机械和电气性能。然而，用可扩展的制造技术制成的石墨烯是多晶的，并且包含固有的纳米级线和点缺陷-晶界和晶界三重结-这导致韧性和强度的显著统计波动。这些波动对于缺陷密度高的纳米晶石墨烯变得特别明显。在这里，我们使用大规模的模拟和连续建模表明，韧性和强度的统计变化可以理解与“最弱环节”的统计。我们开发了第一个统计理论的韧性多晶石墨烯，并阐明其强度和韧性的晶粒尺寸依赖性的纳米尺度的起源。我们的研究结果应该导致更可靠的石墨烯器件设计，并提供一个框架来解释广泛的2D材料的实验结果。

竞争机制主导具有梯度晶粒尺寸分布的半随机多晶石墨烯中的热整流行为

Competing mechanisms govern the thermal rectification behavior in semi-stochastic polycrystalline graphene with graded grain-size distribution

本研究通过半随机多晶石墨烯模型，利用质心Voronoi细分和非平衡分子动力学模拟，揭示梯度晶粒分布下热整流由声子耦合与热导率温度依赖性竞争机制主导。

基于桌面GPU上的神经进化势实现接近第一性原理精度的百万原子多晶石墨烯热输运模拟

Million-atom heat transport simulations of polycrystalline graphene approaching first-principles accuracy enabled by neuroevolution potential on desktop GPUs

本文利用神经进化势（NEP）在桌面GPU上实现百万原子级多晶石墨烯热输运模拟，定量揭示了晶界和应变对热导率的影响机制。

多晶石墨烯的晶格热导率与声子性质

Lattice thermal conductivity and phonon properties of polycrystalline graphene

本文用谱能量密度方法研究仅沿x轴多晶化的石墨烯，揭示倾斜角对声子寿命和热导率的显著影响及分布规律。

Electrical Resistivity of Polycrystalline Graphene: Effect of Grain-Boundary-Induced Strain Fields

We have revealed the decisive role of grain-boundary-induced strain fields in electron scattering in polycrystalline graphene. To this end, we have formulated the model based on Boltzmann transport theory which properly takes into account the microscopic structure of grain boundaries (GB) as a repeated sequence of heptagon-pentagon pairs. The effect of strain field is described within the deformation potential theory. For comparison, we consider the scattering due to electrostatic potential of charged grain boundary. We show that at naturally low GB charges the deformation potential scattering…

重叠石墨烯晶界电学性质的拉曼光谱研究

Probing the Electrical Properties of Overlapped Graphene Grain Boundaries by Raman spectroscopy

晶界和褶皱对多晶石墨烯的电性能的影响是显著的。在这里，我们研究了多晶石墨烯颗粒之间的拼接，特别是，在边界处的层重叠，通过化学气相沉积（CVD）生长，随后通过氧化的Cu衬底掺杂。我们通过拉曼光谱分析了60和220 nm宽之间的重叠区域，发现这些重叠边界中的一些包含AB堆叠双层。重叠晶界的拉曼光谱明显不同于双层石墨烯，并表现出G带峰的分裂。分裂的程度、峰宽以及峰强度取决于重叠的宽度。我们将这些特征归因于通过氧化的Cu衬底跨重叠区域的载流子（空穴）的不均匀掺杂。其结果是，费米能级在重叠的晶界位于0.3和0.4 eV以下的电荷中性点。我们的结果表明重叠晶界的电导率增强，与之前观察到的测量结果类似（1）。电荷分布对晶界重叠宽度的依赖性可能对具有增强导电性的大面积石墨烯的生长具有强烈的影响。

重掺杂多晶硅作为热电材料的机遇和挑战。实验研究

Opportunities and challenges in the use of heavily doped polycrystalline silicon as a thermoelectric material. An experimental study

只有当多晶而不是单晶材料可以实际使用时，才可以预见硅基塞贝克发电机的大批量部署。因此，本研究的目的是验证是否多晶硅薄膜沉积在顶部的SiO $_2$绝缘层可以开发有趣的热电功率因子。我们制备了450 nm厚的重掺硼多晶硅层，将膜中的初始硼含量设置为超过1000 ° C下多晶硅中的硼溶解度。然后使用等时热退火以通过沉淀改变B $_{Si}$含量。非常出乎意料地，对于在高于800 ° C的温度下的热处理，观察到热电功率和电导率的同时增加。在1000 ° C下退火后，我们发现功率因数$P$为13 mW K $^{-2}$ m $^{-1}$，比先前报道的Si纳米线的$P$高三倍以上。这些发现可以被解释为观察到简并多晶硅显示出其塞贝克系数的显著增强，作为其可以溶解的大量硼的效果。带隙变窄和带尾改变了费米能附近的态密度，导致Mott方程中其对数导数的显著改善。这些结果显然为低成本和相对高效率的Seebeck和Peltier器件的发展指出了一个有趣的方向。

多晶碳纳米结构中增强的热电优值

Enhanced thermoelectric figure of merit in polycrystalline carbon nanostructures

碳纳米结构中经常观察到晶界，但它们对热和电性能的影响仍然没有完全了解。利用密度泛函紧束缚理论和非平衡格林函数相结合的方法研究了碳基体系中电子和声子的输运。在这项工作中，量子输运和热电性能的石墨烯片，石墨烯纳米带和碳纳米管的各种晶界类型在一个较宽的温度范围内进行了总结。受先前发现的无序散射声子比电子更有效的启发，预期多晶系统的热电性能会有显着改善。由于该效应对晶界类型略微敏感，我们证明晶界是一种可行的工具，可以大大提高品质因数，为新型热电材料的设计铺平道路。

石墨烯倾斜晶界中裂纹形成能垒的运动学研究

A kinematic study of energy barriers to crack formation in graphene tilt boundaries

本文通过分子动力学拉伸研究石墨烯倾斜晶界的裂纹形成过程，揭示显著应变速率敏感性，并基于Arrhenius关系计算活化能，发现其与关键键前应力线性相关，从而为多晶石墨烯宽范围强度提供解释。

化学气相沉积法生长石墨烯中单个晶粒和晶界的控制与表征

Control and Characterization of Individual Grains and Grain Boundaries in Graphene Grown by Chemical Vapor Deposition

对石墨烯的强烈兴趣已经推动了高质量石墨烯和石墨烯器件的可规模化生产。由于迄今为止合成的大规模石墨烯膜通常是多晶的，因此表征和控制通常被认为会降低石墨烯质量的晶界是重要的。在这里，我们研究了单晶石墨烯颗粒的环境CVD多晶铜合成，并显示如何合并晶粒之间的个别边界影响石墨烯的电子特性。石墨烯晶粒与Cu基体没有明确的外延关系，可以穿过Cu晶界。这些晶粒的边缘被发现主要是平行于锯齿形方向。我们发现，晶界给出了一个显着的拉曼“D”峰，阻碍电输运，并诱导突出的弱本地化指示的谷间散射在石墨烯。最后，我们展示了一种使用预图案化的生长种子来控制石墨烯成核的方法，开辟了一条无晶界的单晶石墨烯器件的可扩展制造路线。

石墨烯的可变性效应：器件工程和应用的挑战和机遇

Variability Effects in Graphene: Challenges and Opportunities for Device Engineering and Applications

石墨烯中的可变性效应可以由周围环境和石墨烯材料本身引起，这形成了检查石墨烯装置用于大规模生产的可行性的关键问题。从可靠性和成品率的角度来看，这些可变性会导致器件性能的波动，这应该通过器件工程来最小化。然而，从计量学的角度来看，可变性效应可以用作新的探测机制，其中“信号波动”可以用于潜在的感测应用。本文介绍了石墨烯的可变性效应的概述，重点是它们的挑战和机遇，器件工程和应用。讨论可以扩展到其他薄膜，纳米线和纳米管器件具有类似的可变性问题，形成评估新兴技术的承诺的普遍兴趣。

催化化学气相沉积石墨烯自限性生长模型

Modeling of the self-limited growth in catalytic chemical vapor deposition of graphene

鉴于其潜在应用，晶片级连续单晶石墨烯层的开发是关键。为此，在这里，我们铺平了道路的朗缪尔吸附理论和二维结晶的框架中的石墨烯生长模型。具体而言，我们使用甲烷作为碳前体来模拟石墨烯在铜上的成核和生长。该模型导致识别的范围内的生长参数（温度和气体压力），唯一需要最终的表面覆盖的石墨烯。这成为解决多晶石墨烯层的连续性和晶粒尺寸的基本问题的宝贵工具。该模型与文献中现有的实验数据一致。在这里开发的石墨烯生长的“等高线图”和大石墨烯晶粒的优化生长的现有证据的基础上，为工程晶片级连续石墨烯膜提供了新的见解。

通过化学气相沉积可控生长1-7层石墨烯

Controllable growth of 1-7 layers of graphene by chemical vapour deposition

我们报道了通过化学气相沉积法在多晶铜表面可控地合成了厚度为1 ~ 7层的石墨烯薄膜。通过调节CH 4和H2的流量比、反应压力、温度和反应时间来精确控制石墨烯的层数。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、选区电子衍射、X射线衍射和拉曼光谱对所制备的石墨烯薄膜进行了表征。此外，发现从铜转移到其他衬底的石墨烯膜具有良好的光学透射率，这使得它们适合于透明导电材料。

Cu（111）衬底上石墨烯镶嵌性的起源

Origin of the Mosaicity in Graphene Grown on Cu(111)

我们使用低能电子显微镜来研究石墨烯如何在Cu（111）上生长。石墨烯岛首先在衬底缺陷处成核，例如台阶束和杂质。这些岛的相当大的一部分可以与衬底旋转错位，产生晶粒边界后的冲击。新的旋转边界也产生了石墨烯生长跨越衬底步骤束。因此，较粗糙的基板比较平坦的基板导致更高程度的镶嵌性。增加生长温度改善晶体学对准。我们证明，石墨烯在Cu（111）上的生长是表面扩散限制通过比较模拟的时间演变的岛屿形状与实验。岛是具有不同叶的树枝状，但与在（100）织构铜箔上观察到的多晶四叶岛不同，每个岛都可以是单晶。因此，在光滑、干净的Cu（111）上的外延石墨烯具有比在Cu（100）上更少的结构缺陷。

湿转移石墨烯下水纳米袋的快速检测

Fast detection of water nanopockets underneath wet-transferred graphene

我们报告的石墨烯/衬底界面形态的调查，在大面积的多晶石墨烯生长的化学气相沉积和湿转移到Si晶片上。我们结合椭圆偏振光谱，X-射线光电子能谱学和原子力显微镜，以产生有关系统的形态和化学信息。数据显示，湿转移的样品可以随机地表现出纳米尺寸的浮雕图案，指示捕获在石墨烯和下面的衬底之间的小水纳米袋。这些口袋影响石墨烯对衬底的粘附，但可以在高真空中温和退火后有效地去除。我们表明，椭圆偏振能够成功地和可靠地检测，通过多层电介质建模，这种虚假夹层的存在和去除。因此，该技术的快速、广泛适用和非侵入性特征可以促进其应用，用于快速可靠地评估转移到目标衬底上的石墨烯的粘附程度，用于事后评估或在线过程监测。

通过空隙形成的无定形石墨烯的断裂

Rupture of amorphous graphene via void formation

除了其独特和令人兴奋的电子特性外，石墨烯的许多基于传感器的应用完全基于其机械和结构特性。在这里，我们报告了一个无定形（小域多晶）石墨烯中的空隙的数值和分析研究，并表明空隙的能量是线张力成本与增加的面积增益之间的平衡。使用经典成核理论的概念，我们表明，在恒定的压力下，在无定形石墨烯中形成的空隙的临界半径仅仅是在空隙处的线张力和所施加的压力的比率。在2 eV/cm 2 ${^2}$压力下，平坦和弯曲石墨烯的临界空洞半径值分别为3.48 Ω和3.31 Ω。我们还表明，占主导地位的有限尺寸校正线张力是成反比的半径的空隙在平坦和屈曲的情况下。与传统观点相反，借助一个简单的分析模型，我们发现剪切模量设定了样品中线张力的下限。这使得我们的研究相关的其他二维无定形材料，如h-BN，磷烯，硼氢化物，和过渡金属二硫属化物。我们的研究结果是有用的，更好地了解多晶石墨烯在张力下，因此有直接的影响非常迷人的应变工程领域被称为“应变电子学”，以操纵或改善石墨烯的性能。

观点：二维磁性范德华材料的机遇与挑战：磁性石墨烯？

Viewpoint: Opportunities and challenges of two-dimensional magnetic van der Waals materials: magnetic graphene?

在过去的十年里，人们对二维范德华材料的兴趣大大增加，而其中一类特殊的材料：磁性范德华系统却明显缺乏。在这篇文章中，我们指出了这一点，并说明了我们如何能够从探索这些迄今被忽视的材料中受益。

Analytical Energy Formalism and Kinetic Effects of Grain Boundary: A Case Study of Graphene

Grain boundaries (GBs), an important constituent of polycrystalline materials, have a wide range of manifestion and significantly affect the properties of materials. Fully understanding the effects of GBs is stalemated due to lack of complete knowledge of their structures and energetics. Here, for the first time, by taking graphene as an example, we propose an analytical energy functional of GBs in angle space. We find that an arbitrary GB can be characterized by a geometric combination of symmetric GBs that follow the principle of uniform distribution of their dislocation cores in straight li…

石墨烯拓扑结构中的锥体、品客和晶界景观

Cones, pringles, and grain boundary landscapes in graphene topology

多晶石墨烯由彼此以角度α倾斜并由晶界（GB）分隔的完美域组成。这些几乎一维的区域依次由基本的拓扑缺陷，5-五边形和7-七边形组成，通常配对成5-7个位错。在0<=α<=Pi/3的范围内计算的GB的能量G（α）显示出轻微的不对称行为，在中间达到约5 eV/nm，其中5和7在从几乎扶手椅到锯齿形界面的过渡中定性地重组。分析表明，2维性质允许离面弛豫，在3维材料中不可用，一方面定性地降低缺陷的能量，同时另一方面形成稳定的3D landsapes。有趣的是，虽然GB显示出小的离面高度，但5和7的随机分布产生了与缺陷浓度成反比的粗糙度，h ~ n^（-1/2）

半干法转移CVD石墨烯中缺陷的分类研究

Taxonomy of defects in semi-dry transferred CVD graphene

本文通过半干法转移CVD石墨烯并保留铜衬底进行位置对应表征，揭示了裂纹、褶皱、孔洞和撕裂等转移后缺陷的来源，为优化石墨烯生长与转移工艺提供指导。

利用电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积装置在催化铜箔上大面积合成石墨烯

Large area graphene synthesis on catalytic copper foil by an indigenous electron cyclotron resonance plasma enhanced chemical vapor deposition setup

报道了一种利用电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术制备大面积石墨烯的新方法。设计并开发了一套独特的2.45 GHz永磁体型ECR PECVD系统，用于各种纳米结构和薄膜的生长。该装置具有独特的优点，以在比常规热CVD方法中由外部烘箱供应的热量低得多的附加衬底加热下合成大面积石墨烯。这里的主要热量由ECR等离子体提供。这里使用多晶铜箔作为催化衬底，其在暴露于ECR PECVD反应器内的前体气体等离子体下之前在共振氢等离子体内预退火。甲烷用作碳前体，氢气用作载气。氩气用于衬底的快速冷却，保持有利于石墨烯合成的合适热力学条件。通过控制生长温度、总压和合成时间，在不同的气体配比下进行合成。利用拉曼光谱对暴露的铜箔进行了表征，以研究在自制的反应器中合成的石墨烯的质量。

石墨烯在hBN上的快速且无催化剂的CVD生长

Rapid and catalyst-free CVD growth of graphene on hBN

最近，六方氮化硼（h-BN）已被证明是作为一个理想的衬底石墨烯大大提高材料的传输性能，由于其原子级平坦的表面，低层间电子耦合和几乎完美的网状匹配。化学气相沉积（CVD）目前被认为是在h-BN上直接生长石墨烯的最可扩展的方法。然而，对于无催化剂的方法，通常报道了对石墨烯晶粒的形状和结晶度的不良控制以及低生长速率。在这项工作中，我们研究了不同形状的晶粒的结晶度，并确定了一个真正的范德华外延石墨烯的h-BN通过采用无催化剂的CVD工艺的路径。我们证明了多晶性质的圆形垫和属性的不同取向的颗粒的空气中的h-BN薄片的污染的堵塞。我们发现，六重对称的单晶颗粒可以通过采用高氢分压生长过程中获得。值得注意的是，通过优化生长温度和压力获得高达100 nm/min的生长速率。通过采用简单的CVD方法以可观的生长速率在h-BN上合成单晶石墨烯的可能性是朝着增加这种有前途的范德华异质结构的可及性迈出的一步。

颗粒边界对石墨烯热输运的影响

Effect of Grain Boundaries on Thermal Transport in Graphene

我们使用非平衡格林函数研究了石墨烯中晶界、线缺陷和手性对热输运的影响。在室温下，弹道热导率约为4.2 GW/m^2/K，单个GB或LD的热导率为该值的50-80%。具有碳原子八边形缺陷的LD比具有五边形和七边形缺陷的GB具有更低的热传递。我们将我们的研究结果应用于研究多晶石墨烯的热导率以用于实际应用，并发现当晶粒尺寸小于几百纳米时，GB的类型和尺寸起着重要作用。

Opportunities in Electrically Tunable 2D Materials Beyond Graphene: Recent Progress and Future Outlook

The interest in two-dimensional and layered materials continues to expand, driven by the compelling properties of individual atomic layers that can be stacked and/or twisted into synthetic heterostructures. The plethora of electronic properties as well as the emergence of many different quasiparticles, including plasmons, polaritons, trions and excitons with large, tunable binding energies that all can be controlled and modulated through electrical means has given rise to many device applications. In addition, these materials exhibit both room-temperature spin and valley polarization, magnetis…

改进的拓扑一致性增强了转移的石墨烯上的金属触点之间的热传导

Improved topological conformity enhances heat conduction across metal contacts on transferred graphene

转移的石墨烯（trG）上的金属接触的热导率可以显着降低从原生石墨烯（grG）上的类似接触的固有值，由于增加的粗糙度，残留物，氧化物和空隙的额外电阻。在本文中，我们比较了Al/trG/Cu界面的热导率（G）与Al/grG/Cu界面的热导率，以了解转移石墨烯上金属接触的热传递。我们的样品是通过化学气相沉积（CVD）在Cu箔上生长的多晶石墨烯和CVD生长的石墨烯转移到蒸发的Cu薄膜上。我们发现，对于生长的CVD石墨烯的Al/grG/Cu界面，在室温下G = 31 MW m ^{-2} K ^{-1}，比Al/Cu界面低两个数量级。对于大多数在Cu膜上转移的石墨烯，G = 20 MW m ^{-2} K ^{-1}，比生长的CVD石墨烯低35%。我们仔细排除了残留物，原生氧化物和界面粗糙度的贡献，并将生长和转移的CVD石墨烯的热导率的差异归因于石墨烯对Cu衬底的不同程度的一致性。我们发现，50%的接触面积仅使热导率降低了35%，这表明在石墨烯界面处的空隙中发生了少量的热传递。我们通过在300 ° C下退火样品成功地改善了转移石墨烯与衬底的一致性，从而将转移石墨烯的热导率提高到本征值。从Al/trG/Cu和Al/grG/Cu界面的G的温度依赖性测量，我们还证实了声子是金属/石墨烯/金属界面上的主要热载体，尽管石墨烯中诱导的载流子浓度为3 × 10 ^{12} cm ^{-2}。

石墨烯非对称晶界中的意外大热整流

Unexpected large thermal rectification in asymmetric grain boundary of graphene

采用非平衡分子动力学（NEMD）方法研究了扶手椅型和锯齿型石墨烯之间的非对称倾斜晶界的晶格热输运。我们已经观察到显着的温度下降和超低的温度依赖的热边界电阻。更重要的是，我们发现了一个意想不到的热整流现象。热导率和Kapitza电导率是方向相关的。热整流效应可以通过增大两侧的温差来放大。我们的研究结果提出了一种有前途的热整流器和声子二极管的基础上多晶石墨烯没有微妙的操纵的原子结构。

两步化学气相沉积法制备大畴尺寸石墨烯薄膜

Graphene films with large domain size by a two-step chemical vapor deposition process

石墨烯的基本性质使其成为一种有吸引力的材料，用于各种应用。已经开发了各种技术来生产石墨烯，最近我们发现通过在Cu箔上化学气相沉积（CVD）甲烷来合成大面积石墨烯。我们还表明，石墨烯在Cu上的生长是一个表面介导的过程，并且膜是多晶的，具有数十平方微米的区域。在本文中，我们报告的生长参数，如温度，甲烷流量和分压上的生长速率，域的大小，和表面覆盖的石墨烯的拉曼光谱，透射和扫描电子显微镜确定的效果。基于这些结果，我们开发了两步CVD工艺来合成具有数百平方微米面积的畴的石墨烯膜。扫描电子显微镜和拉曼光谱清楚地表明，通过改变生长参数的域尺寸的增加。透射电子显微镜进一步显示，畴相对于彼此以约13度至近30度的角度范围结晶旋转。对背栅FET进行的电输运测量表明，具有较大畴的整体膜倾向于具有较高的载流子迁移率，在室温下高达约16，000 cm 2 V-1 s-1。

石墨烯等离子体：挑战与机遇

Graphene Plasmonics: Challenges and Opportunities

石墨烯等离子体激元正迅速成为一种可行的工具，用于快速电操纵光。与传统的等离子体材料相比，这些激发的特征是相对较低的损耗水平和高度的空间限制，这进一步刺激了在纳米级的电光调制、光学传感、量子等离子体、光捕获、光谱光度学和可调谐照明的应用前景。我们首先对扩展石墨烯中的等离子体激元进行了一般性描述，然后通过分析方法对等离子体激元能量和石墨烯纳米结构（包括石墨烯带）中与外部光耦合的强度进行了合理准确的估计。我们讨论了几种可能的策略，以扩展这些等离子体向可见光和近红外，包括在石墨烯结构的尺寸减小和掺杂水平的增加。具体来说，我们讨论了等离子体激元在窄带和分子大小的石墨烯结构。我们进一步制定处方的基础上的几何形状，以增加静电掺杂的水平，而不会导致电击穿。结果还提出了在高掺杂的单壁碳纳米管，表现出类似的特性作为窄带，并表现出相对较小的依赖于管的手性等离子体。我们进一步讨论了完美的光吸收的单原子碳层，我们说明了调查阵列的丝带使用完全解析表达式。最后，我们探讨了利用石墨烯中的光泵浦瞬态等离子体激元的可能性，由此光学加热的石墨烯价带可以维持与高度掺杂的石墨烯类似的集体等离子体激元振荡，并且在电子处于升高的温度的皮秒时间窗口期间定义良好。

双层石墨烯纳米器件电噪声的强抑制

Strong Suppression of Electrical Noise in Bilayer Graphene Nano Devices

低频1/f噪声是普遍存在的，并且在纳米器件中主导信噪比性能。在这里，我们研究了单层和双层石墨烯纳米器件的噪声特性，并揭示了双层器件的意想不到的1/f噪声行为。石墨烯是单层石墨，其中碳原子形成2D蜂窝晶格。尽管组成相似，但双层石墨烯（以天然石墨顺序堆叠的两个石墨烯单层）是具有不同能带结构和电性质的独特2D系统。在石墨烯单层中，1/f噪声被发现遵循Hooge的经验关系，其噪声参数与体半导体的噪声参数相当。然而，这种1/f噪声在双层石墨烯器件中被强烈抑制，并且表现出与大多数其他材料不同的对载流子密度的不寻常的依赖性。石墨烯双层中的意外噪声行为与其独特的能带结构相关，该能带结构随两层之间的电荷分布而变化，从而有效屏蔽了由于外部杂质电荷引起的电势波动。这些发现为石墨烯双层在低噪声应用中提供了令人兴奋的机会。

低频噪声作为化学气相沉积生长石墨烯中微观无序的探针

Low-frequency noise as a probe of microscopic disorder in CVD-grown graphene

研究低频电阻波动（1/f噪声）在CVD生长石墨烯中的表现，发现其幅度比单晶石墨烯高多个数量级，归因于结构缺陷，揭示了缺陷工程在优化石墨烯电子应用中的作用。

通过化学气相沉积生长的高迁移率湿转移石墨烯

High-mobility, wet-transferred graphene grown by chemical vapor deposition

我们报告了在SiO $_2$和六方氮化硼（hBN）封装上湿转移后，通过化学气相沉积（CVD）生长的单层石墨烯的高室温迁移率。通过去除在单晶石墨烯和hBN之间的界面处捕获的污染物，我们实现了在室温下高达$\sim70000cm^2 V^{-1} s^{-1}$和在9K下高达$\sim120000cm^2 V^{-1} s^{-1}$的迁移率。这些是先前湿转移的石墨烯的两倍以上，并且与通过干转移制备的样品相当。我们还研究了多晶石墨烯中热退火和封装的组合方法，实现了室温迁移率$\sim30000 cm^2 V^{-1} s^{-1}$。这些结果表明，通过适当的封装和清洁，可以在通过CVD生长的样品中获得远高于$10000cm^2 V^{-1} s^{-1}$的室温迁移率，并使用常规的、容易扩展的基于PMMA的湿法方法转移。

石墨烯晶界载流子传输的拓扑学研究

Topological Aspects of Charge-Carrier Transmission across Grain Boundaries in Graphene

我们系统地研究了载流子在多晶石墨烯中的晶界缺陷的传输通过紧束缚近似下的Landauer-Büttiker形式主义。计算结果表明，在低能量下，当Burger矢量${\mathbf b}=(1,0)$最小时，位错密度降低，透射率受到很强的抑制。所观察到的运输异常解释的角度来看，由于本地化状态的拓扑起源的背散射。这些状态与规范场有关，这些规范场与具有$n-m \neq 3q$（$q \in \mathbb{Z}$）的${\mathbf b}=(n,m)$的所有位错有关。我们的工作确定了一个重要来源的载流子散射所造成的拓扑缺陷存在于大面积石墨烯样品化学气相沉积。

人字形扶手椅型石墨烯纳米带的光激发研究

Probing optical excitations in chevron-like armchair graphene nanoribbons

自下而上的石墨烯纳米带（GNR）的制备为通过精确控制其原子结构来具体控制其电子和光学性质提供了新的机会。在这里，我们解决的GNRs与周期性的结构摆动，所谓的雪佛龙GNRs的激励。基于反射率差和高分辨率电子能量损失谱以及从头算模拟，我们证明了它们的激发态性质由强束缚激子主导。对应于不同的反应阶段，在其自下而上的制造光谱指纹也明确确定，使我们能够遵循激子建立从起始单体前体到最终的带状结构。

Quantitative 3D mapping of chemical defects at charged grain boundaries in a ferroelectric oxide

Polar discontinuities and structural changes at oxide interfaces can give rise to a large variety of electronic and ionic phenomena. Related effects have been intensively studied in epitaxial systems, including ferroelectric domain walls and interfaces in superlattices. Here, we investigate the relation between polar discontinuities and the local chemistry at grain boundaries in polycrystalline ferroelectric ErMnO3. Using orientation mapping and different scanning probe microscopy techniques, we demonstrate that the polycrystalline material develops charged grain boundaries with enhanced elect…

用于化学气相沉积石墨烯的Cu、Ni和Cu的外延（111）膜$_xNi$ _y $ on α-Al$ _2 $O$ _3$（0001）

Epitaxial (111) Films of Cu, Ni, and Cu$_xNi$_y$ on α-Al$_2$O$_3$(0001) for Graphene Growth by Chemical Vapor Deposition

评价（111）织构化的Cu、Ni和Cu $_x$ Ni $_y$的膜作为石墨烯的化学气相沉积的基底。在250 ℃至650 ℃的温度下，将400 nm至700 nm的金属厚度溅射到$α-$ Al $_2$ O $_3$（0001）的衬底上。然后将膜在管式炉中在1000 ℃下退火。X射线和电子背散射衍射测量表明，所有的薄膜具有（111）织构，但具有面内取向不同的晶粒$60^{\circ}$。所有薄膜的面内外延关系均为$[110]_{metal}$|| $[10\bar{1}0]_{{Al}_{2}{O}_{3}}$。在金属沉积之前在O $_2$中反应溅射Al导致超过97%的Ni膜的单一面内取向，但对Cu晶粒结构没有显著影响。透射电子显微镜显示干净的Ni/Al $_2$ O $_3$界面，确认了外延关系，并显示$60^{\circ}$孪晶晶粒的形成与Al $_2$ O $_3$表面上的特征相关。在退火过程中增加总压和Cu蒸气压降低了Cu和Cu $_x$ Ni $_y$薄膜的粗糙度。在Ni（111）膜上生长的石墨烯比在多晶Ni/SiO $_2$膜上生长的石墨烯更均匀，但仍然显示出在比晶粒之间的距离小得多的长度尺度上的厚度变化。

石墨烯晶界上结构特异的模式分辨声子相干性和镜面反射

Structure-specific, mode-resolved phonon coherence and specularity at graphene grain boundaries

尽管它们的重要性，了解声子输运现象在薄膜和多晶固体，边界粗糙度散射声子镜面反射性和相干性的影响知之甚少，因为没有一般的方法来预测它们的依赖声子动量，频率，分支和边界形态。利用最近制定的原子S-矩阵方法，我们发展了一个理论的边界粗糙散射的模式分辨声子相干性和镜面反射参数的散射振幅。为了说明该理论，我们将其应用到声子散射在现实的非对称石墨烯晶界（GB）模型来自原子结构的预测。该方法进行了验证，通过比较其预测与频率分辨的结果从晶格动力学为基础的计算。我们证明了非相干散射几乎是完全扩散的。我们发现，声子散射在石墨烯GB是不扩散的，虽然相干性和镜面反射显着减少长波长弯曲声学声子。我们的方法可以推广到其他原子边界模型。

Enhanced photovoltaic effect in graphene-silicon Schottky junction under mechanical manipulation

Graphene-silicon Schottky junction (GSJ) which has the potential for large-scale manufacturing and integration can bring new opportunities to Schottky solar cells for photovoltaic (PV) power conversion. However, the essential power conversion limitation for these devices lies in the small open-circuit voltage ($V_{oc}$), which depends on the Schottky barrier height (SBH). In this study, we introduce an electromechanical method based on the flexoelectric effect to enhance the PV efficiency in GSJ. By atomic force microscope (AFM) tip-based indentation and in situ current measurement, the curren…

石墨烯基器件中的量子电荷泵：当晶格缺陷确实有帮助时

Quantum charge pumping in graphene-based devices: When lattice defects do help

量子电荷泵，量子相干产生的直流电流在零偏置通过时间相关的电位，提供了杰出的机会，计量和新器件的发展。石墨烯的长电子相干时间和高质量的晶体结构可以为这种量子泵提供合适的构建块。在这里，我们专注于通过石墨烯纳米带在法布里-珀罗制度的绝热量子泵浦突出缺陷的关键作用，通过使用原子模拟。我们发现，即使是一个单一的缺陷添加到原始结构可能会产生两个数量级的增加，在泵送的电荷。

石墨烯的非本征形貌

Extrinsic morphology of graphene

石墨烯本质上是非平坦的并且随机地起皱。由于原子级薄石墨烯的波纹物理学与其电子学性质密切相关，因此石墨烯的随机波纹形态对其在纳米电子器件中的应用构成了重大挑战，其中精确（数字）控制是关键。近年来的研究表明，衬底支撑石墨烯的形貌受到石墨烯-衬底相互作用的调控，不同于自支撑石墨烯的随机本征形貌。石墨烯的非本征形态的调控为精细调节石墨烯的性质提供了新的途径。为了指导进一步的研究探索这些丰富的机会，本文综述了在广泛的外部调控下石墨烯外在形态的建模和实验研究的最新进展，包括二维和一维基底表面特征以及一维和零维纳米尺度支架（例如，纳米线和纳米颗粒）。

分子掺杂诱导外延石墨烯的金属-绝缘体转变

Metal to insulator transition in epitaxial graphene induced by molecular doping

控制材料中载流子的类型和数量的能力，以及在极端情况下，从金属到绝缘体的转变是现代电子学的关键挑战之一。利用角分辨光电子能谱（ARPES），我们发现通过分子掺杂可以在外延的双层和单层石墨烯中实现可逆的金属到绝缘体的转变以及载流子从电子到空穴的精细调节。电子屏蔽和无序的影响也进行了讨论。这些结果表明，外延石墨烯适合于电子应用，并为研究石墨烯中狄拉克锥的空穴掺杂机制提供了新的机会。

低维声子学：纳米结构和石墨烯中的工程声子

Phononics in Low-Dimensions: Engineering Phonons in Nanostructures and Graphene

声子-晶格振动的量子-在材料中的所有电，热和光学现象中显示自己。纳米结构为调整声子能谱和特定应用材料的相关性质提供了令人兴奋的机会。随着石墨烯和二维范德华材料的出现，声子输运和声子相互作用的受控修改（称为声子工程或声子学）的可能性进一步增加。我们描述了用于调谐的声子谱和控制的低维材料通过带状边缘，晶界，同位素组成，缺陷浓度，和原子平面取向的热性能的方法。