Effect of edge structures on elastic modulus and fracture of graphene nanoribbons under uniaxial tension
基于原子模拟，预测了单层石墨烯纳米带在准静态单轴拉伸下的非线性弹性性质，强调了边缘结构（扶手椅和锯齿形，无氢钝化和有氢钝化）的影响.原子模拟的结果解释热力学的理论框架内，这使得应变相关的边缘能量和氢吸附能的非线性函数的确定，锯齿形和扶手椅边缘。由于边缘效应的影响，石墨烯纳米带在无限小应变下的初始杨氏模量随边缘手性和带宽的变化而变化。此外，发现扶手椅型石墨烯纳米带的标称断裂应变比锯齿形带低得多。两种不同的断裂机制被确定，与锯齿形带和边缘控制的扶手椅带的非均质形核。氢钝化的边缘被发现有锯齿形石墨烯纳米带的机械性能的影响可以忽略不计，但其效果是更显着的扶手椅带。
2010-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Model and Simulations of the Epitaxial Growth of Graphene on Non-Planar 6H-SiC Surfaces
采用一维动力学Monte Carlo模型研究了6 H-SiC上外延石墨烯的阶梯流生长。模型参数是石墨烯在SiC台阶处成核和生长的有效能垒。当该模型被应用到相邻表面上的石墨烯生长时，条带宽度分布被用来表征表面形态。包括额外的动力学过程来研究SiC纳米晶面上的石墨烯生长。我们的主要结果是，在石墨烯生长过程中，原始的纳米晶面断裂成几个纳米晶面。这种现象的特征在于断裂的纳米刻面相对于基面取向的角度。这个角度在整个表面上的分布被发现是相关的带宽度分布的邻位表面。随着阶地扩展势垒的减小，裂缝角分布由双侧高斯分布向单侧幂律分布连续变化。利用这种分布，将有可能从实验中提取能量势垒，并定量地解释生长形态。
2011-09-16 cond-mat.mes-hall
Mechanical Properties of Graphene Nanowiggles
在这项工作中，我们已经调查了一些石墨烯石墨烯（GNWs）的机械性能和断裂模式。石墨烯纳米带是具有大纵横比的有限石墨烯段，而GNW是石墨烯纳米带的非对准周期性重复。我们已经进行了充分的原子分子动力学模拟使用的反应力场（ReaxFF），在LAMPPS（大规模原子/分子大规模并行模拟器）代码中实现。我们的研究结果表明，GNW断裂模式强烈依赖于纳米结构拓扑结构，并提出了一个有趣的行为，因为一些窄片具有较大的极限失效应变值。这可以通过以下事实来解释：与较宽的纳米带相比，窄的纳米带具有更多的角度自由度，这可以产生更有效的方式来积累和消散应变/应力。我们还观察到线性原子链（LACs）的形成和材料断裂过程中的一些结构缺陷重建。在GNW分析的情况下没有观察到所报告的石墨烯失效模式，其中锯齿形/扶手椅边缘终止的石墨烯结构沿着扶手椅/锯齿形线断裂。
2014-05-21 cond-mat.mes-hall
Experimental observation of nanoscale radiative heat flow due to surface plasmons in graphene and doped silicon
由于其二维电子结构，石墨烯表现出许多独特的性质。其中之一是在红外范围内的波矢量和温度依赖的等离子体。理论预测，由于这些等离子体激元，石墨烯可以用作通用材料，以增强任何介电衬底的纳米级辐射热交换。在这里，我们报告之间的辐射传热实验SiC和SiO2球具有非匹配的声子极化激元频率，因此只有弱的近场热交换。我们观察到，在SiC上外延生长的石墨烯的热通量贡献在短距离处占主导地位。等离子体激元对辐射传热的影响进一步支持与掺杂硅的测量。这些结果突出了石墨烯在光子近场和能量转换器件中的强大潜力。
2012-11-13 cond-mat.mes-hall
Effect of Interatomic Potential Choice on Fracture Modes of Graphene with Parallel Cracks
Pukyong National University（釜庆国立大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Universidade Estadual de Campinas（坎皮纳斯州立大学）
研究原子间势能对含平行裂纹石墨烯断裂模式的影响，发现AIREBO势能预测峰值应力更低，导致能量吸收减少，凸显势能选择的重要性。
2026-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-Complex-oxide Nanoscale Device Concepts
石墨烯与复合氧化物异质结构如LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$的集成提供了将氧化物界面的多功能性质与石墨烯的电子性质相结合的机会。通过石墨烯控制界面传导的能力以及了解它如何影响氧化物界面的固有特性对于新型多功能器件的技术开发至关重要。在这里，我们展示了几个设备原型，其中电子输运在氧化物界面调制使用图案化的石墨烯顶栅。纳米尺度的设备制造在氧化物界面的导电原子力显微镜（c-AFM）光刻，和运输测量作为石墨烯栅极电压的函数进行。实验是用写在石墨烯栅极附近或正下方的器件进行的。这种方法的独特能力包括创建高度灵活的设备配置的能力，在氧化物界面处调制载流子密度的能力，以及将电子输运控制到单电子隧穿机制的能力，同时保持氧化物界面的固有输运特性。我们的研究结果有利于设计各种纳米器件，结合这两个紧密耦合的二维电子系统的独特的传输特性。
2018-04-04 cond-mat.mes-hall
Controlling the nanoscale rippling of graphene with SiO2 nanoparticles
石墨烯的电子性质可以受到机械应变的显著影响。在石墨烯中诱导应变的一种实用方法是将这种原子级薄膜转移到具有特定介电常数的预图案化衬底上。使用纳米颗粒赋予石墨烯外在波纹的可能性尚未完全探索。在这里，我们研究的结构和弹性性能的石墨烯生长的化学气相沉积和转移到一个连续层的SiO2纳米粒子的直径约为25 nm，在Si衬底上制备的Langmuir-Blodgett技术。我们表明，转移的石墨烯的介电常数，从而膜应变可以通过在中等温度下退火来修改。桥接纳米颗粒的膜部分是悬浮的，并且可以通过原子力显微镜尖端和石墨烯之间的吸引力可逆地提升。这允许动态控制石墨烯纳米膜的局部形态。
2014-05-15 cond-mat.mes-hall
Nanoscale Mapping of Nanosecond Time-scale Electro-Mechanical Phenomena in Graphene NEMS
二维（2D）材料的原子薄层，如石墨烯，MoS 2和h-BN，由于其高度理想的电子，机械，光学和热传输特性，具有作为传感器和电子器件的巨大潜力。特别是它们的极高刚度、抗拉强度和低密度允许高频电子器件、谐振器和超灵敏检测器为缩小电子器件和纳米机电系统（NEMS）提供现实的途径。虽然可以使用现有的电子或扫描探针显微镜方法研究2D材料的纳米级形态和电子特性，但不能容易地探索ns和更短时间尺度上的时间依赖性现象。在这里，我们使用外差原理来达到这个ns的时间尺度，并创建一个局部纳米探针的静电感应驱动的石墨烯谐振器，振幅灵敏度下降到pm范围和时间灵敏度在ns范围内。我们实验观察到的响应时间为20-120 ns的谐振器与光束长度为180 nm至2.5 μ m的理论预测，这样的NEMS设备。
2015-09-02 cond-mat.mes-hall
Strain Modulation of Graphene by Nanoscale Substrate Curvatures: A Molecular View
空间非均匀应变对于石墨烯赝磁场和能带结构的工程设计是重要的。尽管在应变工程的广泛兴趣，仍然是缺乏对设备兼容的应变模式，由于有限的理解的结构应变关系的控制。在这里，我们研究衬底的曲率和应变曲线的石墨烯通过结合实验和理论研究的模型系统：石墨烯上紧密堆积的SiO2纳米球具有不同的直径（20-200 nm）的效果。实验上，通过定量拉曼分析，我们观察到部分粘附和褶皱特征，发现较小的纳米球在石墨烯中诱导较大的拉伸应变，理论上，分子动力学模拟证实了相同的微观结构和应变的尺寸依赖性，并揭示了较大的应变是由较小的纳米球和石墨烯之间较强的、不均匀的相互作用力引起的。这种对应变机制的分子水平理解对于石墨烯和其他二维材料的应变工程非常重要。
2018-03-05 cond-mat.mes-hall
Multiscale mechanics of thermal gradient coupled graphene fracture: A molecular dynamics study
本研究通过非平衡分子动力学模拟，探究热梯度下石墨烯断裂的力学行为，发现断裂应力与裂纹长度非线性相关，并验证了MLIP势的适用性，为石墨烯非平衡断裂研究提供新视角。
2023-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Princess and the Pea at the nanoscale: Wrinkling and delamination of graphene on nanoparticles
薄膜对外力或几何约束表现出复杂的响应。一个熟悉的例子是人类皮肤、植物叶子和织物所表现出的褶皱，这是由于弯曲相对于拉伸相对容易。在这里，我们研究了石墨烯，已知的最薄和最硬的膜，沉积在二氧化硅纳米粒子装饰的二氧化硅衬底上的沉积。在小的纳米颗粒密度下，单层石墨烯粘附到基底上，仅在纳米颗粒周围的小区域中分离。随着纳米颗粒密度的增加，我们观察到连接纳米颗粒的皱纹的形成。在临界纳米颗粒密度以上，褶皱形成贯穿样品的网状结构。随着石墨烯膜变得更厚，观察到从基底的整体分层。观察可以很好地理解在一个连续弹性模型，并具有重要的意义，应变工程的电子性能的石墨烯。
2012-11-26 cond-mat.mes-hall
Substrate induced nanoscale resistance variation in epitaxial graphene
石墨烯是第一种真正的二维材料，在不断增长的二维材料中仍然显示出最显着的输运性质。虽然许多研究已经调查了基本的散射过程中，令人惊讶的大变化，在实验确定的电阻与局部缺陷仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们定量研究的局部输运性质的聚合物辅助升华生长（PASG）制备的石墨烯使用扫描隧道电位法。PASG石墨烯的特征在于空间均匀的电流密度，这允许以高精度分析局部电化学电势的变化。我们利用这种可能性，通过检查局部薄层电阻，发现在低温下高达270%的显着变化。我们确定了薄层电阻与6 H-SiC衬底的堆叠顺序以及石墨烯片与衬底之间的距离的相关性。我们的研究结果实验量化了石墨烯-衬底相互作用对石墨烯局部输运性质的强烈影响。
2020-01-28 cond-mat.mes-hall
Detecting degeneracy and subtle broken-symmetry states of graphene at nanoscale
在纳米尺度上测量系统的简并度和对称性破缺状态需要极高的能量和空间分辨率，这是迄今为止无法直接观测到的。在此，我们首次实现了纳米尺度下石墨烯简并度和精细对称性破缺态的测量。通过使用无边缘的石墨烯量子点，我们能够在单电子水平上测量石墨烯的谷分裂和谷对比自旋分裂。我们的实验发现，由于亚晶格对称破缺和时间反演对称破缺的共存，石墨烯的原子缺陷周围的大的谷分裂。还观察到了由缺陷周围增强的自旋轨道耦合引起的大的谷对比自旋分裂。这些结果揭示了原子缺陷在纳米尺度下诱导的石墨烯中未探索的奇异电子态。
2018-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switchable friction enabled by nanoscale self-assembly on graphene
已知石墨烯单层显示具有双重对称性和超过200%的各向异性摩擦的域。这种各向异性被认为起源于石墨烯片中的周期性纳米尺度波纹，其将滑动粗糙体周围的褶皱增强到由滑动方向确定的程度。在这里，我们证明了这些摩擦域不是来自石墨烯的结构特征，而是来自大气吸附物的自组装成周期为4至6 nm的条纹的高度规则的超晶格。条纹和由此产生的摩擦域出现在各种衬底上的单层和多层石墨烯上，以及六方氮化硼的剥离薄片上。我们表明，条纹超晶格可以再现和可逆地操纵亚微米精度使用扫描探针显微镜，使我们能够创建任意排列的摩擦域内的一个单一的薄片。我们的研究结果表明，在石墨烯和块状石墨中观察到的大气吸附物的各向异性摩擦的修订的理解。
2015-09-01 cond-mat.mes-hall
Nanoscale control of rewriteable doping patterns in pristine graphene/boron nitride heterostructures
在二维（2D）材料中的纳米级控制的电荷掺杂允许实现光学现象的电子模拟，在低能量下的相对论物理，和技术上有前途的纳米电子学。静电门控和化学掺杂是实现这种掺杂的局部控制的两种最常见的方法。然而，这些方法遭受复杂的制造工艺，其引入污染、不可逆地改变材料性质，并且缺乏灵活的图案控制。在这里，我们展示了一种干净，简单，可逆的技术，允许写入，读取和擦除纳米尺度的2D材料的掺杂图案。我们通过采用配备有底部栅电极的石墨烯/氮化硼（BN）异质结构来实现这一点。通过使用电子输运和扫描隧道显微镜（STM），我们表明，空间控制的电荷掺杂可以实现与应用程序的光或STM尖端电压激发结合栅极电场。我们简单而新颖的技术为按需石墨烯PN结和超薄存储器件提供了一条新的途径。
2016-02-10 cond-mat.mes-hall
Controlling the macroscopic electrical properties of reduced graphene oxide by nanoscale writing of electronic channels
所有碳电子产品的吸引力源于其所有同素异形体的物理特性。该方案也具有独特的挑战，如带隙的可调谐性，掺杂和缺陷控制的可变性。在这里，我们探索了扫描探针尖端诱导的氧化石墨烯（GO）的纳米级还原的技术，其在绝缘GO背景上使导电的、富含sp2的石墨区域成核。直接写入的灵活性通过宏观控制参数对带隙的减小程度和可调谐性进行控制来补充。使用表面电位法，通过光谱、温度和偏压依赖性电传输研究所制造的还原- GO通道和随后的器件，并与空间分辨的电子性质相关。载流子局域化效应的存在，诱导的相位分离的sp2/sp3域，和大的局部电场波动被反映在非线性传输通过的通道。一起的结果表明，一个复杂的传输现象，这可能是不同的主导隧穿，可变范围跳跃或激活取决于材料的电子状态。
2020-09-25 cond-mat.mes-hall
Exploring the Elastic Properties and Fracture Patterns of Me-Graphene Monolayers and Nanotubes through Reactive Molecular Dynamics Simulations
University of Brasília（巴西利亚大学）；Federal Institute of Education, Science and Technology of Piauí – IFPI（皮奥伊联邦教育、科学和技术学院）；Applied Physics Department, “Gleb Wataghin” Institute of Physics - IFGW, University of Campinas – UNICAMP（坎皮纳斯大学格莱布·瓦塔金物理研究所应用物理系）；Department of Physics, Federal University of Piauí（皮奥伊联邦大学物理系）；Center for Computing in Engineering & Sciences, Unicamp（坎皮纳斯大学工程与科学计算中心）；University of Brasília, Institute of Physics（巴西利亚大学物理研究所）
本研究利用Tersoff力场的反应分子动力学模拟，探究新型二维碳同素异形体Me-Graphene单层及纳米管的力学性能与断裂模式，明确了其杨氏模量范围及无塑性阶段的直接断裂特性。
2023-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular Simulation of Fracture Dynamics of Symmetric Tilt Grain Boundaries in Graphene
利用原子模拟方法获得了由各种嵌入式对称倾斜晶界（GB）组成的石墨烯片的拉伸过程的微观信息。与原始石墨烯相反，这些GBs在横向单轴拉伸下在所有但最大取向差角的情况下以非凡的模式断裂，其表现出间歇性裂纹扩展并在准机械失效后形成许多粘性残余连接。被称为单原子碳链（MACs）的弦，其重要性最近得到了强调，随着伸长的进行，逐渐延伸到几纳米的最大值。在扶手椅型和扶手椅型对称倾斜晶界中均观察到这些特征，这些特征对拉伸应力和应力-应变曲线的形状有重要影响。然而，存在显着差异的人口密度和MACC出现准机械故障后的可达长度，其中较高的面向GBs。此外，在最大错向角情况下，扶手椅型晶界的最大应力和极限应变均显著大于扶手椅型晶界，而在其他情况下，扶手椅型晶界的最大应力和极限应变均略小于扶手椅型晶界。对于扶手椅型和双晶型石墨烯，最大应力随取向差角的增大而增大，其范围在32~80 GPa之间，极限应变在0.06~0.11之间，其下限与多晶石墨烯的临界应变实验值吻合较好。
2012-02-13 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Catalytic sub-surface etching of nanoscale channels in graphite
石墨的催化氢化最近引起了新的关注，作为石墨烯纳米图案化和制备石墨烯纳米带的途径。这些报告显示，金属纳米颗粒沿着结晶学Z字形或扶手椅方向各向异性地蚀刻石墨或石墨烯的表面层<11-20><1010>。在石墨烯上，蚀刻方向可以受到外部磁场或衬底的影响。在这里，我们报告的次表面蚀刻的高取向热解石墨（HOPG）的镍纳米粒子，形成一个网络的隧道，如SEM和STM。在这种新的纳米多孔形式的石墨中，顶层在隧道顶部向内弯曲，而它们的局部态密度基本保持不变。石墨中的工程纳米多孔隧道网络允许进一步的化学修饰，并可能在存储或传感中找到应用。
2012-07-06 cond-mat.mes-hall
Revealing electron-lattice decoupling by Peltier thermometry and nanoscale thermal imaging in graphene
研究提出一种扫描探针技术，通过Peltier热测量与纳米尺度热成像，在低温下同步映射石墨烯p-n结的电子与晶格温度，揭示了强烈的电子-声子退耦合及新冷却途径，并适用于van der Waals异质结构。
2025-06-26 cond-mat.mes-hall
Geometry-Dependent Crack Interaction and Toughening in Graphene
Pukyong National University（釜庆国立大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)（坎皮纳斯州立大学）
研究通过计算模拟探讨了石墨烯中平行裂纹的裂纹宽度和裂纹间距耦合效应，发现增大裂纹宽度会增强机械性能对裂纹间距的敏感性，从而显著提高峰值应力、断裂应变和韧性，提出了裂纹几何设计图以识别裂纹凝聚、独立传播和增强韧性区域。
2026-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generating nanoscale and atomically-sharp p-n junctions in graphene via monolayer-vacancy-island engineering of Cu surface
在石墨烯单层膜中建立高质量的pn结对于研究无质量狄拉克费米子的许多奇异现象至关重要。然而，即使石墨烯技术的快速发展超过十年，在石墨烯中产生纳米级和原子级尖锐的pn结仍然明显困难。在这里，我们采用铜表面的单层-空位-岛工程来实现纳米级pn结与石墨烯单层原子尖锐的边界。石墨烯-Cu分离在Cu单层-空位-岛的边缘周围的变化影响石墨烯中的狄拉克点的位置，这因此导致石墨烯中具有高达660 meV的高度的原子尖锐的pn结。所产生的尖锐pn结将Cu单层-空位-岛上方的石墨烯隔离为连续石墨烯片中的纳米级石墨烯量子点（GQD）。无质量的狄拉克费米子被限制在pn结中一段有限的时间，在量子点中形成准束缚态。利用扫描隧道显微镜观察了不同尺寸GQD中准束缚态的共振现象，直观地观察了GQD的几何结构对准束缚态量子干涉图样的影响，为在原子尺度上测试基于石墨烯的量子电子光学奠定了基础。
2017-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale electronic transport at graphene/pentacene van der Waals interface
本研究制备了不同结构的石墨烯/并五苯范德华界面，结合C-AFM测量与电子输运模型确定界面能垒，揭示了并五苯分子排列方式对界面能垒的调控作用。
2023-05-04 cond-mat.mes-hall
Inducing a topological transition in graphene nanoribbons superlattices by external strain
扶手椅型石墨烯纳米带在形成超晶格时，可以分为不同的拓扑相，有或没有边缘状态。通过紧束缚和经典分子动力学模拟，我们研究了这些超晶格的电子和力学性质。MD表明，调制超晶格的断裂是脆性的，为未调制的带，发生在较薄的区域，与交错超晶格实现更大的断裂应变。我们发现了一个一般的机制，以诱导与应变的拓扑转变，有关的电子性质的超晶格的每一段，并通过研究亚晶格极化，我们能够描述的过渡和这些国家的应变的响应。对于这里详细研究的情况，拓扑转变发生在$\sim$ 3-5 \%应变，远低于断裂应变。超晶格的拓扑状态-如果存在的话-即使接近断裂也对应变是鲁棒的。与在石墨烯纳米带的锯齿形边缘中发现的零能量边缘状态不同，超晶格状态显示出即使在真实空间中也对无序特别不敏感的特征。
2021-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing the nanoscale origin of strain and doping in graphene-hBN heterostructures
我们使用共焦拉曼显微镜和改进的矢量分析方法，调查剥离的石墨烯六方氮化硼（hBN）异质结构上的应变和载流子浓度的纳米级起源二氧化硅（SiO2）。研究了两种类型的异质结构：SiO2上的石墨烯部分由hBN覆盖，石墨烯完全封装在两个hBN薄片之间。我们扩展的矢量分析方法，产生的应变和掺杂的异质结构的变化的空间图。这使我们能够可视化并直接量化环境对载流子浓度以及石墨烯应变的影响。此外，我们证明了应变和载流子浓度的变化在石墨烯中产生的异质结构，如断裂，折叠和气泡层之间捕获的纳米级功能。对于hBN封装的石墨烯中的气泡，流体静力学应变被示出为在气泡中心处是最大的，而载流子浓度的最大值被定位在气泡边缘。拉曼光谱被证明是一种非侵入性的工具，用于探测石墨烯中的应变和掺杂，这可能被证明是有用的二维设备的工程。
2018-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanics of nanoscale wrinkling of graphene on a non-developable spherical surface
通过理论模型和分子模拟研究了石墨烯片在球面衬底上的构型。观察到两种基本构型：完全构象和双构象。吸附的GE的最终构型是由两个能量项之间的竞争引起的：GE与衬底之间的粘附能，由于变形而存储在GE中的应变能。在这里，我们推导出的理论解决方案，通过占两个能量项，并预测最终的形态GE的球形表面（一种特殊的纳米可开发的曲面）基板与使用的相图。得到了任意球面基底上吸收GE的临界锥角。当吸收的GE的锥角小于临界值时，GE的构象完全，反之则出现褶皱。通过分子模拟验证了理论模型的正确性，模拟结果与理论预测吻合较好。我们目前工作的结果可以为设计新的功能性石墨烯电子器件（如纳米线）和制造高质量的纳米结构涂层提供指导（图13）。
2014-08-08 cond-mat.mes-hall
Atomistic Computational Modeling of Temperature Effects in Fracture Toughness and Degradation of Penta-graphene Monolayer
具有类似于开罗五边形镶嵌的碳原子的特定且独特的2D排列的新型碳同素异形体，具有$sp^{3}$和$sp^{2}$杂化碳原子的相互作用，被称为五石墨烯（PG）。先前的理论研究表明，PG单分子膜是机械和化学稳定的，也具有大的带隙$3.25eV$。这种具有独特的碳原子网络排列（非共面五边形）的新碳同素异形体是本工作理论研究的重点。采用非平衡态分子动力学模拟方法，结合反应型现代力场ReaxFF，对高温条件下五元石墨烯单层的纳米结构、动力学和力学性质进行了计算模拟。在我们的结果中，我们获得了温度对高达$2000K$的五-石墨烯单层的机械性能的影响，其中我们的结果表明，应变速率对机械性能具有强烈的影响，其中$67$减小，$ 227.15 - 154.76GPa.nm $的极限拉伸强度（UTS）$ 35.88 - 11.83GPa.nm $和杨氏模量（$Y_{Mod}$）减小。在这项工作中，我们还计算了在温度变化的$10K$高达$2000K$的五-石墨烯单层的反应性降解。因此，我们的平均值表明，五-石墨烯单层损失原子配置与温度效应高达$600K$，其中单层显示纳米结构过渡与几个石墨烯岛，大区域的孔隙度，小的1D碳链，以及负弯曲层。
2021-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin absorption by in situ deposited nanoscale magnets on graphene spin valves
石墨烯非局域自旋阀中自旋输运的原位测量用于量化由小（250 nm $\times$ 750 nm）金属岛吸收的自旋电流。该实验允许在不破坏真空的情况下连续沉积Fe或Cu，使得岛的厚度是唯一变化的参数。此外，通过使用单独的接触注入和检测测量岛的效果，我们隔离的自旋吸收的效果从任何变化的自旋注入和检测机制。从厚度依赖性推断，由Fe吸收的有效自旋电流$j_e = \frac{2e}{\hbar} j_s$与$10^8$ A/m $^2$一样大。$j_e$的最大值受到石墨烯/Fe界面的电阻-面积积的限制，其小至3 $Ωμ$ m $^2$。由相同厚度的Cu吸收的自旋电流小于Fe，正如预期的那样，考虑到Cu与Fe相比更长的自旋扩散长度和更大的自旋电阻。这些结果允许使用基于石墨烯的非局部自旋阀实现纳米磁体的自旋转移矩切换的前景的定量评估。
2018-04-06 cond-mat.mes-hall
Nanoscale Strain Engineering of Giant Pseudo-Magnetic Fields, Valley Polarization and Topological Channels in Graphene
在石墨烯中存在与两个不等价谷相关的非平凡Berry相，这为研究谷投影拓扑态提供了有趣的机会。这些研究的例子包括观察单层石墨烯中的异常量子霍尔效应，通过扫描隧道显微镜组装的分子石墨烯中的拓扑零模式的演示，以及石墨烯超晶格或双层石墨烯畴壁中的拓扑谷输运的检测。然而，所有上述实验都涉及机械剥离薄片或原子接原子构造的不可扩展方法。在这里，我们报告了一种方法，通过纳米级应变工程在室温下操纵单层石墨烯的拓扑状态。通过将无应变单层石墨烯放置在结构化纳米结构上以诱导全局反转对称性破缺，我们展示了巨型伪磁场（高达800特斯拉）、谷极化和周期性一维拓扑通道的发展，用于保护应变石墨烯中手性模式的传播，从而为可扩展的石墨烯基谷电子学铺平了道路。
2020-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Spatially mapping the thermal conductivity of graphene by an opto-thermal method
在纳米尺度下绘制材料的热传输特性对于优化纳米器件中的热传导至关重要。已经开发了几种方法来确定材料的热导率，其中大多数产生样品的平均值，从而忽略了局部变化的作用。在这里，我们提出了一种方法，通过使用共焦拉曼测温法和有限元计算为基础的拟合过程相结合的空间分辨的评估悬浮石墨烯的热导率。我们通过提取一个原始的悬浮单层石墨烯片和一个用氦离子辐照的石墨烯片的二维热导率图来展示我们方法的工作原理。我们的方法为空间解析其他类型层状材料的热导率铺平了道路。这对于纳米级热电路（例如热二极管）的设计和工程特别相关。
2021-03-15 cond-mat.mes-hall
Mechanical Properties and Fracture Dynamics of Silicene Membranes
随着石墨烯成为当今最重要的材料之一，人们对其他类似结构重新产生了兴趣。一个例子是硅烯，石墨烯的硅类似物。它具有一些显著的石墨烯性质，如狄拉克锥，但也有一些独特的性质，如明显的结构屈曲。我们通过基于密度泛函的紧束缚（DFTB）以及反应性分子动力学（使用ReaxFF）研究了悬浮单层硅烯的机械性能。我们计算了弹性常数，分析了断裂模式和边缘重建。讨论了应力分布、失稳机制和断裂对温度的依赖性。我们分析了由于不同的边缘形态，即锯齿形和扶手椅的差异。
2014-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Scanning tunneling microscopy and spectroscopy of nanoscale twisted bilayer graphene
纳米级扭曲双层石墨烯（TBG）是非常不稳定的，并且会以低得多的能量将其结构转变为Bernal（或AB堆叠）双层。因此，纳米TBG的缺乏使其电学性质至今无法在实验中得到验证。在这项工作中，一个特殊的限制TBG中获得的两个连续的错位石墨烯片的重叠区域。TBG的受限区域的宽度从约22 nm逐渐变化到0 nm。利用扫描隧道显微镜，我们仔细研究了纳米TBG的结构和电子性质。我们的结果表明，纳米级TBG的平移对称性破缺对低能电子性质（包括扭转诱导的范霍夫奇异性（VHS）和局域态密度的空间调制）产生了强烈的影响。然而，当TBG的宽度减小到只有一个莫尔斑时，VHS能量以上的电子性质几乎不受量子限制的影响。
2017-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-temperature ballistic transport in nanoscale epitaxial graphene cross junctions
我们报道了在SiC（0001）上外延生长的石墨烯纳米交叉结中的惯性-弹道输运的观测结果。弹道输运由负弯曲电阻R12表示，43 ~ 170 ohm，在4.2 K时在非局部四端结构中测量，当温度升高到80 K以上时，它消失。
2009-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Nanoscale Fabrication of Graphene by Hydrogen-Plasma Etching
石墨烯由于其优异的电子和机械性能而引起了广泛的兴趣。然而，其边缘的结构和电子性质往往被忽视，虽然它们是重要的纳米器件，因为边缘比变得更大，通过减小器件的尺寸。在这项研究中，我们提出了一种方法来制造石墨烯与原子排列锯齿形边缘应用氢等离子体蚀刻（HPE）技术。通过在HPE之前图案化石墨烯，成功地将石墨烯成形为期望的结构。原子力显微镜和拉曼光谱都证实，通过这种技术成型的石墨烯即使在边缘也保留了其蜂窝结构，其与锯齿形结构对齐。虽然氢等离子体各向异性刻蚀的机理还不清楚，但刻蚀速率的样品位置依赖性表明氢自由基是各向异性刻蚀的原因。
2022-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Probing of Broken-Symmetry States in Graphene Induced by Individual Atomic Impurities
系统的固有对称性导致其能谱的多重简并。引入单个原子杂质可以局部打破这些对称性，这有望提升杂质周围的简并自由度。尽管对我们理解固体的基本性质至关重要，但由单个原子杂质引起的对称性破缺状态迄今为止还无法观测到。在这里，我们报告了由两种类型的单个原子杂质诱导的石墨烯中对称性破缺状态的纳米级探测，即，分离的氮掺杂剂和分离的氢原子化学吸附在石墨烯上。我们的实验表明，这两种类型的原子杂质可以局部打破石墨烯的亚晶格对称性，并产生谷偏振态，它延伸周围的杂质几个纳米。对于化学吸附在石墨烯上的孤立的氢原子，由于氢化学吸附引起的石墨烯的sp3畸变引起的增强的自旋-轨道耦合进一步提升了自旋简并，导致在氢原子周围约1 nm内的完全自旋和谷极化状态。我们的研究结果为在纳米尺度上控制各种原子杂质的对称性破缺态铺平了道路。
2020-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanopore creation in graphene at the nanoscale for water desalination
本文提出利用氩等离子磁控溅射在石墨烯中可控创建纳米孔，并设计了一种带纳米孔的双石墨烯电极水过滤装置，实现了最高渗透率、近100%盐截留率及力学性能提升，对开发海水淡化膜意义重大。
2023-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic-tunable nanoscale thermal radiation between twisted graphene gratings
本文理论研究了扭曲石墨烯光栅间磁场可调的近场辐射传热，发现磁场与光栅共同作用产生三种SPPs模式，通过调节磁场强度可灵活控制传热，为石墨烯器件的能量调制和多频热通信提供了新途径。
2019-10-09 cond-mat.mes-hall
Nanoscale Dielectric Capacitors Composed of Graphene and Boron Nitride Layers: A First Principles Study of High-Capacitance at Nanoscale
利用自洽场密度泛函理论研究了一种纳米级介电电容器模型，该模型由位于两个相称的金属石墨烯层之间的二维六方h-BN层组成.通过施加垂直于层的电场来实现不同石墨烯层中不同符号的等量电荷的分离。存储的电荷，能量，和金属层之间产生的电势差计算从第一原理的弛豫结构。预测的高电容值表现出超级电容器的特性。本纳米级模型的电容行为与经典的亥姆霍兹模型相比，揭示了关键的量子尺寸效应在小的分离，这反过来又消退的金属平面之间的分离增加。
2013-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Thermomechanical Insight into the Stability of Nanoporous Graphene Membranes
University of Brasília（巴西利亚大学）
本研究通过ReaxFF分子动力学模拟，探究不同孔径的多孔n-Benzo-CMPs膜的力学与热稳定性，发现其热稳定温度低于石墨烯，断裂应变随孔径增大而升高，临界拉伸强度仅取决于孔径。
2020-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Phase Change Memory with Graphene Ribbon Electrodes
已知相变存储器（PCM）装置随着其电极的位体积和接触面积按比例缩小而降低功率消耗。在这里，我们展示了两种类型的低功率PCM设备与横向石墨烯带电极：一个在其中的石墨烯被图案化成窄的纳米带和其他的相变材料被图案化成纳米带。尖锐的石墨烯“边缘”触点可实现低至约3 V的阈值电压、低编程电流（<1 μA SET，<10 μA SET）和>100的ON/OFF比的开关。通过化学气相沉积生长的石墨烯的大规模制造也使得能够研究这种纳米材料和器件的异质集成和可变性。
2015-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast and Nanoscale Plasmonic Phenomena in Exfoliated Graphene Revealed by Infrared Pump-Probe Nanoscopy
抽运-探测光谱是探索基本激发、集体模式和能量转移过程的超快动力学的核心。通常使用传统的衍射限制光学进行，泵浦-探测实验固有地对局部化学、成分和电子不均匀性进行平均。在这里，我们规避这一缺陷，并介绍泵浦探测红外光谱与~20 nm的空间分辨率，远低于衍射极限，这是使用散射扫描近场光学显微镜（S-SNOM）完成。这种技术使我们能够在技术上显著的中红外（MIR）频率下研究SiO2上的剥离石墨烯单层，其中局部光学电导率通过经由s-SNOM尖端的表面等离子体激元的激发而变得实验上可访问。在近红外（NIR）频率下的光泵浦促使200飞秒（fs）时间尺度上的等离子体行为发生明显变化。泵诱导的，增强的等离子体响应的起源被确定为有效电子温度增加到几千开尔文，直接从与等离子体共振相关的Drude重量推导。
2014-02-24 cond-mat.mes-hall
Impurity assisted nanoscale localization of plasmonic excitations in graphene
使用确定随机相位近似内的非局部介电响应的实空间理论，计算原始和杂质掺杂的石墨烯的等离子体激元模式。一个完整的对角化的极化运营商进行，允许提取其所有极点。它演示了如何杂质诱导形成的本地化模式是不存在的原始石墨烯。讨论了局域等离子体激元的空间调制和频率对电子填充和杂质强度的依赖关系。此外，它示出的化学势和杂质强度可以调谐到控制的局域模式的目标功能。这些预测可以通过扫描隧道显微镜实验进行测试。
2010-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Signatures of disorder in the minimum conductivity of graphene
石墨烯因其独特的电子性质而被认为是未来纳米电子学的一种有前途的材料。了解这种新纳米材料在常见实验条件下的缩放行为对于开发基于石墨烯的纳米级器件至关重要。我们提出了一个全面的实验和理论研究的影响，边缘无序和体无序的石墨烯带的最小电导率。我们首次发现了具有峰值和饱和最小电导率的强非单调尺寸标度行为。通过大量的数值模拟和分析，我们能够将这些特征归因于石墨烯器件中的边缘和体无序量。该研究阐明了实际实验石墨烯系统中的量子输运机制，可用作设计具有改进性能的石墨烯基纳米器件的指导。
2011-02-17 cond-mat.mes-hall
Fluctuation-induced current from freestanding graphene: toward nanoscale energy harvesting
在室温下，微米尺寸的独立石墨烯片即使在施加偏压的情况下也处于恒定运动中。我们量化的平面外的运动通过收集位移电流使用附近的小面积金属电极，并提出了一个朗之万模型的运动耦合到一个包含二极管的电路。系统达到热平衡，热、功和熵产生的速率很快趋于零。然而，石墨烯产生的功率等于负载电阻器消耗的功率。精确的功率公式类似于奈奎斯特的噪声功率公式，不同之处在于二极管电阻的变化率显著提高了输出功率，并且石墨烯的移动使功率谱向较低频率移动。
2020-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Creating One-dimensional Nanoscale Periodic Ripples in a Continuous Mosaic Graphene Monolayer
在以前的研究中，很难实现波长为几纳米的周期性石墨烯波纹。在这里，我们表明，一维周期性石墨烯波纹的波长从2纳米到几十纳米，可以实现在本征区域的连续马赛克，局部N掺杂，石墨烯单层，同时使用热应变工程和各向异性表面应力的铜基板。我们的结果表明，在本征和N掺杂区之间的边界处施加的约束在创建这些一维波纹中起着至关重要的作用。我们还表明，所观察到的波纹模式超出了连续介质力学的描述，由于石墨烯弯曲和拉伸变形的解耦。扫描隧道光谱测量表明，纳米波纹产生一个周期性的电子超晶格，并打开一个零能隙约130毫电子伏的石墨烯。这一结果可能为定制石墨烯的结构和电子性质铺平了一条简单的道路。
2014-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tearing of Free-Standing Graphene
我们研究了撕裂石墨烯的断裂力学。我们提出了一个分子动力学模拟的裂纹在夹紧，独立的石墨烯作为一个功能的面外力的传播。几何形状的动机是实验配置，暴露石墨烯片的平面外的力量，如背栅电压。我们建立了几何和基本的能量故障，并获得近似的解析表达式的临界裂纹长度和力。我们还提出了一种方法来获得石墨烯的韧性。我们观察到裂纹的路径和产生的边缘结构依赖于初始裂纹长度。这项工作可能有助于避免石墨烯片的撕裂，并有助于生产具有特定边缘结构的样品。
2013-07-10 cond-mat.mes-hall
Dual-probe spectroscopic fingerprints of defects in graphene
实验技术的最新进展强调了多扫描探针技术在分析纳米样品时的有用性。在这里，我们从理论上分析了双探针设置，探针间距在纳米范围内，即，在低温下可以观察到量子相干性效应的情况下。在双探针设置中，电子在一个探针处注入并在另一个探针处收集。测量的电导反映了纳米尺度上的局部输运性质，从而产生与标准单探针设置（局部态密度）所获得的信息互补的信息。在这项工作中，我们开发了一个真正的空间格林函数方法来计算电导。这需要标准计算方案的扩展，标准计算方案通常解决探针之间的有限样本。相比之下，所开发的方法没有对样本量进行假设（例如，延伸的石墨烯片）。应用这种方法，我们研究了原始石墨烯片中的输运各向异性，并分析了单点缺陷（如空位和吸附原子）周围的量子干涉所产生的光谱指纹。此外，我们证明了双探针设置是一个有用的工具，用于表征扩展的缺陷或设计的纳米结构的电子输运性质。特别是，我们表明，纳米级的穿孔，或antidots，在石墨烯片显示Fano型共振与穿孔的边缘几何形状的强烈依赖。
2014-05-02 cond-mat.mes-hall
Electro-mechanical control of an optical emitter using graphene
在纳米尺度上对光的主动原位控制仍然是现代物理学特别是纳米光子学中的挑战。一种有前途的方法是利用纳米机电系统（NEMS）的技术成熟度，并将其与片上光学相结合。然而，在缩小这种集成器件的尺寸时，NEMS与光场的耦合变得具有挑战性。尽管最近在纳米光机械耦合方面取得了进展，但到目前为止，还没有用片上NEMS实现纳米级的光场的主动控制。在这里，我们展示了一种新型的混合系统，它由一个片上石墨烯NEMS悬浮在氮空位中心（NVC）上方几十纳米处组成，这些氮空位中心是嵌入纳米金刚石中的稳定单光子发射器。由NVC发射的光子的机电控制由石墨烯NEMS位置的静电调谐提供，其被转换为NVC发射强度的调制。石墨烯位移和NVC发射之间的光机械耦合是基于近场偶极-偶极相互作用。这种类型的光机械耦合在较小的距离下会强烈增加，使其适用于纳米尺寸的设备。这些成就为芯片上单发射极阵列的选择性控制、单个纳米物体的光谱学、集成光机械信息处理和量子光机械学带来了希望。
2015-04-30 cond-mat.mes-hall
Conversion of the stacking orientation of bilayer graphene due to \break the interaction of BN-dopants
的转换AA-AB-堆叠双层石墨烯（BLG）由于层间相互作用的证明。发现BLG中的硼和氮掺杂原子之间存在吸引和排斥两种层间相互作用，在吸引作用的存在下，BN共掺杂BLG形成AA堆积结构，结构不稳定，导致体系力学性能变差.与纯BLG相比，观察到杨氏模量、极限强度和应力以及断裂强度的低值。此外，吸引相互作用引起小的带隙，劣化系统的热和光学性质。相反，在B和N原子之间存在排斥相互作用的情况下，AA堆积转化为具有更稳定结构的AB堆积。与AA堆叠BN共掺杂BLG相比，获得了更高的机械性能，例如杨氏模量、极限强度和应力、断裂强度。此外，AB堆叠双层的较大带隙增强了系统的热和光学特性。
2021-01-02 cond-mat.mes-hall
Breakdown of continuum mechanics for nanometer-wavelength rippling of graphene
了解材料的机械行为如何在纳米尺度上偏离宏观上建立的概念，这对石墨烯来说是一个特别重要的关键挑战，因为它的纳米尺度形态和电子特性之间存在复杂的相互作用。在这项工作中，（亚）纳米波长的周期性波动的悬浮石墨烯纳米膜已实现的热应变工程和研究使用扫描隧道显微镜。这使我们能够探索波长与晶格常数相当的晶体膜的波纹。观察到的纳米波纹模式违反了连续介质模型的预测，并证明了石墨烯单层的板理想化的故障。然而，微观模拟的基础上的量子力学描述的化学结合准确地描述了所观察到的波纹模式，并阐明了连续模型击穿的起源。空间分辨的隧道光谱测量表明纳米粒子对石墨烯的局部电子结构产生了重大影响，并揭示了一维电子超晶格的形成。
2012-10-25 cond-mat.mes-hall
Breakdown of self-cleaning mechanism for nanoscale interfacial substances in tiny-angle twisted bilayer graphene
通过堆叠二维（2D）层来实现具有定制特性的高质量范德华（vdW）异质结构需要原子级清洁的界面。由于组成层之间的强粘附力，vdW力可以将捕获的污染物一起驱动成亚微米尺寸的气泡，这使得大的界面区域原子级清洁。这种现象被称为2D系统中的自清洁机制。在这里，我们证明了自清洁机制的纳米级界面气泡在微小角度扭曲的双层石墨烯（TBG）的故障。在微小角度TBG中，由于结构重构，存在域边界的三角形网络。我们的实验表明，当气泡的尺寸与TBG中的AA堆叠区域的尺寸相当时，气泡将主要沿着畴边界的三角形网络移动。当气泡的尺寸小于AA堆积区的尺寸时，气泡由于其较大的面外位移而变得静止并固定在AA堆积区中。我们的研究结果揭示了纳米级界面物质的运动的莫尔超晶格的实质性影响。
2023-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chiral-Dependent Tensile Mechanics of Graphene
我们报道了石墨烯拉伸力学的分子动力学研究，将拉伸方向从扶手椅方向逐渐旋转到锯齿方向，覆盖了迄今为止从未探索过的手性方向的完整范围。我们观察到单调增加的拉伸强度和应变的手性（旋转）角的增加。关键特征是它们的手征角高达~12°的变化可以忽略不计，并且随后迅速增加，并且这种模式适用于这里检查的所有温度（100-700 K）。考虑到石墨烯的拓扑一致性（断裂线）断裂，我们提出了一个统一的断裂模型，成功地再现了模拟结果，并解释了它们的物理起源。值得注意的是，我们发现，石墨烯的弹性应力是准各向同性的所有手性方向相反，其各向异性的断裂行为。通过石墨烯的压痕模拟，我们证明了我们在单轴（1D）拉伸系统中建立的理论基础也适用于2D拉伸系统。
2013-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Terahertz Photoconductivity and Near-Field Imaging of Nanoscale Inhomogeneities in Multilayer Epitaxial Graphene Nanoribbons
FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学与物理学院）
研究通过太赫兹光谱揭示多层外延石墨烯纳米条带中纳尺度不均匀性的电导特性及光电响应，发现准中性层具有高载流子迁移率和强正光电导率。
2026-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quick Identification of ABC Trilayer Graphene at Nanoscale Resolution via a Near-field Optical Route
ABC堆叠的三层石墨烯由于其相对平坦的能带和栅极可调的带隙而表现出各种相关现象。然而，仍然缺乏方便的方法来识别具有纳米级分辨率的ABC石墨烯。在这里，我们证明了在环境条件下工作的扫描近场光学显微镜（SNOM）可以快速识别ABC三层石墨烯，没有模糊性和出色的分辨率（~20 nm）。识别是基于ABA和ABC三层之间的近场红外（IR）响应的差异。我们发现，在大多数频率下，ABC三层的响应弱于ABA三层。然而，在石墨烯声子频率（~1585 cm-1）附近，ABC的响应在门控时急剧增加，并且表现出窄而尖锐的Fano形状的共振线，而ABA三层基本上是无羽毛的。因此，ABC和ABA之间的IR对比度变得相反，并且在石墨烯声子频率附近甚至可以是显著的（ABC/ABA~3）。所观察到的近场红外特征可以作为黄金法则来快速区分ABA和ABC三层，没有歧义，这可以在很大程度上推进ABC堆叠三层石墨烯中相关物理的探索。
2023-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
