Intercalation of hydrogen in the SiC/epitaxial graphene interface
我们测量了生长在SiC硅表面上的氢嵌入外延石墨烯在中红外光谱范围内的光吸收。我们已经使用衰减全反射几何结构来增强与表面和SiC/石墨烯界面相关的吸收。外延石墨烯的样品已经在790至1250 $^\circ$ C的温度范围内插层，并与氢蚀刻的SiC的参考样品进行比较。我们已经发现，尽管Si-H键在低至790 $^\circ$ C的温度下形成，但是仅对于在超过1000 $^\circ$ C的温度下插入的外延石墨烯达到了良好发展的键级。我们还表明，当样品储存在环境空气中时，插氢降解的时间尺度上的几天。光学光谱显示，由于插层过程中留下的残留原子氢，在SiC/石墨烯界面上形成了乙烯基和甲硅烷基官能团。
2018-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Rashba splitting of 100 meV in Au-intercalated graphene on SiC
Au的嵌入可以在石墨烯中产生巨大的Rashba型自旋轨道分裂，但这尚未在半导体衬底上实现。对于石墨烯/SiC（0001），Au嵌入产生具有不同掺杂的两相。在这里，我们报告了Au嵌入后几乎纯的p型石墨烯相的制备。我们观察到一个100 meV的拉什巴型自旋轨道分裂在0.9 eV的结合能。我们表明，这种巨大的分裂是由于杂化和更有限的能量和动量空间比Au插层石墨烯镍。
2015-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular magnetic anisotropy of cobalt films intercalated under graphene
利用自旋极化低能电子显微镜（SPLEEM）和俄歇电子能谱（AES）研究了石墨烯/Ir（111）界面纳米Co薄膜的磁性。我们表明，石墨烯顶层促进垂直磁各向异性的Co膜下面，即使相对较厚的插层沉积。石墨烯/Co界面的磁各向异性能明显大于自由Co表面。石墨烯和Co电子轨道的杂化被认为是所观察到的垂直磁各向异性的起源。
2014-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Li-intercalated Graphene on SiC(0001): an STM study
利用扫描隧道显微镜（STM）和低能电子衍射（LEED）对锂（Li）对碳化硅（SiC）上石墨烯的影响进行了系统的研究。我们研究了锂沉积在外延单层石墨烯和缓冲层表面上的Si面的SiC。在室温下，Li立即插入SiC衬底和缓冲层之间的界面，并将缓冲层转变为准自立式石墨烯。这一结论得到了LEED和STM证据的证实。我们表明，通过SiC台阶网站或石墨烯缺陷发生插层。我们得到了一个很好的定量之间的协议的数量的Li原子沉积和可用的Si键的SiC晶体的表面上的数量。通过STM分析，我们能够确定在SiC衬底和缓冲层之间的界面处由Li嵌入引起的层间距离。
2017-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-independent energy gap in non-covalently intercalated bilayer graphene on SiC(0001)
我们的第一性原理计算表明，通过过渡金属或碱金属的非共价插层，可以在SiC（0001）上的外延石墨烯中设计约0.12-0.25 eV的能隙，但源于不同的机制。前者是由于金属感应垂直电场和相互作用的综合作用，而后者则是由于内建电场的作用。该方案的一个很大的优点是，间隙尺寸几乎与高达1V/nm的栅极电压无关，从而保留了当被配置为场效应晶体管时调节石墨烯的费米能级的电手段。鉴于最近在插层石墨烯的实验技术方面取得的进展，我们的研究结果提供了一种将石墨烯与当前半导体工业结合起来的实用方法。
2016-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrapure Multilayer Graphene in Bromine Intercalated Graphite
我们研究了溴插层高取向热解石墨（Br-HOPG）的光学性质，并提供了一个新的解释的数据。我们观察到新的吸收功能低于620毫电子伏，这是不存在的石墨的吸收光谱。将我们的结果与石墨、单层和双层石墨烯的理论研究以及最近多层石墨烯的光学研究结果进行比较，我们得出结论，Br-HOPG包含超纯双层、单层石墨烯和石墨的特征。所观察到的Br-HOPG的超金属导电性被鉴定为在我们的样品中存在非常高的迁移率（在室温和非常高的载流子密度下约121，000 cm 2 V-1 s-1）的多层石墨烯组分。这可能为单层和多层石墨烯的研究提供新的途径。
2011-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Local anodic oxidation on hydrogen-intercalated graphene layers: oxide composition analysis and role of the silicon carbide substrate
我们研究了纳米级局部阳极氧化（LAO）的氢插层石墨烯生长的碳化硅（SiC）的控制升华。扫描探针显微镜（SPM）被用作光刻和表征工具，以调查的纳米制造结构的局部性能。石墨烯氧化过程后观察到的异常厚度与LAO对衬底的影响有关。显微拉曼光谱被用来证明存在两个氧化制度取决于所施加的偏压。我们表明，部分和全部单层石墨烯的蚀刻可以通过调整偏置电压在LAO。最后，通过扫描电子显微镜和能量色散谱（EDS）实现了完整的组成表征。
2018-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Unforeseen high temperature and humidity stability of FeCl$_3$ intercalated few layer graphene
我们首次系统研究了FeCl $_3$插层少层石墨烯在高湿度和高温下的结构和电学性质的稳定性。补充的实验技术，例如电传输、高分辨率透射电子显微镜和拉曼光谱，最终证明了这种透明导体在室温下25天内对高达$100 \%$的相对湿度、在大气中高达$150\,^\circ$ C的温度和在真空中高达$620\,^\circ$ C的温度的不可预见的稳定性，该温度比进行插层的温度高两倍以上。FeCl $_3$插层少层石墨烯的稳定性连同其低方块电阻和高光学透明度的独特值，使得该材料在未来柔性电子应用中成为有吸引力的透明导体。
2015-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-Resolution Visualization and Doping Effects of Complex Structures in Intercalated Bilayer Graphene
分子嵌入二维（2D）材料形成复杂的结构，其主要特征在于空间平均技术。在这里，我们使用像差校正扫描透射电子显微镜和密度泛函理论（DFT）计算研究双层石墨烯（BLG）和少层石墨烯（FLG）插入FeCl $_3$的原子结构。在BLG中，我们发现了两种不同的插层结构，我们确定为单层FeCl $_3$和单层FeCl $_2$。这两种结构由原子级尖锐边界分开，并在石墨烯层中诱导大但不同的自由载流子密度，分别为$7.1\times10^{13}$ cm $^{-2}$和$7.1\times10^{13}$ cm $^{-2}$。在FLG中，我们观察到多个FeCl $_3$层堆叠在各种可能的配置相对于彼此。最后，我们发现显微镜的电子束可以将FeCl $_3$单层转化为矩形晶格的FeOCl单层。这些结果揭示了需要结合原子分辨显微镜，光谱学和DFT计算，以确定插层结构和研究其性能。
2019-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Narrowing of d bands of FeCo layers intercalated under graphene
我们报道了在Ir（111）上生长的石墨烯下插入等原子FeCo层所获得的人工系统的电子性质。在插入时，FeCo膜在Ir（111）上外延生长，导致晶格失配系统。通过进行密度泛函理论计算，我们表明，插层的FeCo层导致石墨烯膜的显着膨胀。同时，FeCo插层诱导从几乎未受干扰到强烈杂化的石墨烯π带的明显转变，如通过角度分辨光电子能谱所测量的。将实验结果与计算的能带结构和投影态密度进行比较，揭示了石墨烯的π能带和FeCo-3d态之间的自旋选择性杂化。我们的研究结果表明，减少维数，以及在FeCo层内的杂化，诱导狭窄和明确的分裂的Fe 3d向上和Fe 3d向下自旋带的限制FeCo层相对于散装Fe和Co。
2021-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Confined step-flow growth of Cu intercalated between graphene and a Ru(0001) surface
通过比较Cu薄膜在裸露和石墨烯覆盖的Ru（0001）表面上的生长，我们证明了石墨烯作为表面活性剂允许形成平坦Cu膜的作用。低能电子显微镜，X射线光电子显微镜和X射线吸收光谱表明，沉积铜在580 K导致不同的行为上的两种类型的表面。在裸Ru上，观察到一种Stranski-Krastanov生长，首先形成原子级平坦和单层厚的润湿层，然后是三维岛的成核。与此形成鲜明对比的是，当在完全相同的条件下将Cu沉积在石墨烯覆盖的Ru表面上时，Cu在石墨烯下方插入并以阶梯流动的方式生长：插入的Cu的原子高生长前沿在石墨烯边缘形成，并向薄片的中心延伸。我们的研究结果表明，在金属异质外延的薄膜形态的控制潜在的路线。
2019-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Momentum microscopy of Pb-intercalated graphene on SiC: charge neutrality and electronic structure of interfacial Pb
插层是用于定制外延石墨烯的电子结构的已建立的技术。此外，由于界面量子限制，它能够合成与其体版本相比具有独特物理特性的元件的不稳定的二维（2D）层。在这项工作中，我们提出了均匀的Pb插层准独立单层石墨烯在SiC上，这证明是基本上是电荷中性的，具有前所未有的$p$型载流子密度，只有$(5.5\pm2.5)\times10^9$ cm $^{-2}$。通过动量显微镜探测整个第一表面布里渊区的低能电子结构，我们清楚地辨别出与界面处的金属2D-Pb相关的附加带。低能电子衍射进一步揭示了相对于石墨烯的$10\times10$莫尔超周期性，其对应物不能在可用的能带结构数据中直接识别。我们的实验证明了重元素超导体的二维层间限制和相关的能带结构形成，为石墨烯/SiC界面处的强自旋轨道耦合效应甚至二维超导性铺平了道路。
2022-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Possible high thermoelectric power factor in alkali-metal-intercalated BC$_3$: anisotropic multiple valleys originating from the van Hove singularity of graphene
本文理论预测碱金属插层BC3可实现高热电功率因子，源于石墨烯范霍夫奇点分裂产生的各向异性多谷，并通过钾插层抑制层间耦合保留有利电子结构。
2025-08-06 cond-mat.mtrl-sci
The role of defects in the etching of graphene by intercalated oxygen
石墨烯由于其独特的电子性质和高的热稳定性而成为最有前途的各种应用的2D材料之一。在先前的研究中，已经表明，当石墨烯沉积在一些过渡金属基底上时，小分子（例如O $_2$）插层在石墨烯和基底之间，并且当加热以解吸插层物时反应以部分地蚀刻石墨烯膜。在此，有意在Gr/Ru（0001）上形成碳空位缺陷，并研究它们对氧的嵌入和石墨烯层的蚀刻的影响。使用具有低通量的50 eV Ar $^+$溅射在石墨烯覆盖层中产生孤立的单空位缺陷，并采用氦低能离子散射（LEIS）进行表面分析。研究发现，缺陷既有利于氧分子的嵌入，又提高了退火过程中石墨烯的刻蚀效率。
2018-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Phase-dependent electronic structure of two-dimensional Ag layers at the graphene/SiC interface
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Dimensional Crystal Consortium, The Pennsylvania State University（二维晶体联盟，宾夕法尼亚州立大学）；Center for Atomically Thin Multifunctional Coatings, The Pennsylvania State University（原子级薄多功能涂层中心，宾夕法尼亚州立大学）
通过原位超高真空制备方法获得石墨烯/SiC界面第二种插层银相Ag(2)，并利用低能电子衍射、角分辨光电子能谱和密度泛函理论计算揭示其与Ag(1)不同的结构、能带色散及对石墨烯电子性质的调控。
2026-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Strain-modulated Intercalated Phases of Pb Monolayer with Dual Periodicity in SiC(0001)-Graphene Interface
针对SiC(0001)-石墨烯界面插层Pb单层中莫尔条纹与条纹相共存的机制不明问题，通过密度泛函理论与从头算分子动力学研究，发现应变调制的条纹相和类Pb(111)相近简并，解释了实验现象。
2024-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Dirac Cone of Bilayer and Bulk Structure Graphene by Intercalating First Row Transition Metals using First Principles Calculations
自2004年石墨烯被发现以来，二维（2D）层状结构材料因其独特的物理、化学和电子性质而引起了人们的极大关注。石墨烯纳米技术的最新进展开辟了制备2D双层石墨烯（BLG）插层的新途径。利用第一性原理密度泛函方法，我们设计了20种第一行过渡金属（TM）嵌入BLG的新材料\textit{in-silico}，即TM嵌入BLG的10种层状结构和10种体相结构。本文研究了第一排三甲基锡（Sc-Zn）插层的层状和块状BLG的平衡结构和电子性质。目前的DFT计算表明，石墨烯中的C原子的2个$p_z$子壳层和TM原子的3个$d_{yz}$子壳层提供了费米能级附近的电子密度，控制BLG插层材料的材料性质。这篇文章强调了狄拉克点如何在BLG和体BLG中移动，给出了不同的TM插层材料。讨论了可控的电子结构和性能的插层BLG-TM的未来器件应用的影响。这项工作为有效生产二维和三维碳基插层材料开辟了新的途径，在纳米材料科学中具有广阔的应用前景。
2017-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Determination of the graphene growth mode on SiC(0001) and SiC(000-1)
我们已经确定了石墨烯在SiC（000 - 1）和SiC（000-1）上的生长模式，使用超薄的，同位素标记的Si 13 C“标记层”外延生长在Si 12 C表面上。通过在升高的温度下热分解形成少层石墨烯覆盖层。对于两个表面终端（Si面和C面），我们发现13 C主要位于最外面的石墨烯层中，这表明在分解过程中，新的石墨烯层在现有的石墨烯层下面形成。
2011-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Pb-intercalated epitaxial graphene on SiC: Full insight into band structure and orbital character of interlayer Pb, and charge transfer into graphene
本研究结合同步辐射 ARPES 与 DFT，表征 SiC 上单层外延石墨烯下方 (1×1) Pb 插层的金属能带、面外轨道特征及电荷转移来源。
2025-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Humidity on the Interlayer Interaction of Bi-layer Graphene
石墨的润滑能力在很大程度上取决于环境湿度，基本上是其层之间的水量。一般来说，层状材料中的插层分子通过与层相互作用来改变其非凡的性质。为了理解插层水分子与石墨烯层的相互作用，我们在各种湿度水平下对双层石墨烯进行了拉曼测量，并观察到接近两个石墨烯层之间低频层呼吸模式的额外峰。另外的峰归因于插层水层和石墨烯层之间的振动。我们进一步提出，随着环境湿度的增加，双层石墨烯之间的水的单层覆盖率增加，而水层和石墨烯层之间的相互作用保持大致不变，直到在相对湿度略高于50\%时插入太多的水以保持单层结构。值得注意的是，结果表明，出乎意料的湿度可能是影响层状材料性能的重要因素，因为它显著改变了层间相互作用。
2018-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Mild sonochemical exfoliation of bromine-intercalated graphite: a new route towards graphene
提出了一种通过结合基于溶液的溴插层和温和的声化学剥离来制备石墨烯片的悬浮液的方法。石墨在水中的超声波处理导致石墨薄片的悬浮液的形成。通过在超声处理之前将溴插入石墨中，分层得到显著改善。通过拉曼光谱和X射线光电子能谱学（XPS）验证了溴的嵌入，并且密度泛函理论（DFT）计算表明，将Br 2引入石墨后，层间结合能降低了近十倍。通过透射和扫描电子显微镜（TEM和SEM）对悬浮材料的分析揭示了显著含量的尺寸高达30 $mu$ μ m的少层石墨烯，其对应于起始材料的晶粒尺寸。
2009-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Lithium incorporation at the MoS2/graphene interface: an ab initio investigation
基于从头计算，我们研究纳入锂原子在二硫化钼/石墨烯界面。我们发现，嵌入的锂原子是能量更稳定的比锂原子吸附在二硫化钼表面。插层原子与石墨烯片和MoS 2层相互作用，增加Li结合能。然而，平衡几何形状由MoS 2层决定，其中插入的Li原子位于MoS 2层的顶部（Li_T）和中空（Li_H）位置。我们计算了Li扩散势垒，沿着Li_T -> Li_H的扩散路径，我们发现类似的能量势垒相比，获得的Li吸附原子在MoS 2表面。我们的研究结果使我们能够推断，锂存储容量增加在二硫化钼/G接口，在与锂吸附原子的二硫化钼表面相比，然而，没有减少的流动性的嵌入锂原子。这些性质对于基于MoS 2的Li电池的开发是有趣的/有用的。
2013-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Spin-Orbit Coupling Induced Gap in Graphene on Pt(111) with Intercalated Pb Monolayer"
最近Klimovskikh等人发表了一篇论文，提出了石墨烯/Pb/Pt（111）系统的实验和理论分析。作者研究了这种石墨烯为基础的系统的结晶和电子结构的LEED，ARPES，和自旋分辨PES的石墨烯$π$状态附近的狄拉克点的石墨烯。本文的作者证明了一个约为0. 05 μ m的能隙。200 meV直接在石墨烯的狄拉克点处在石墨烯的光谱函数中打开，并且对于狄拉克锥的上部检测到100 meV的自旋分裂。基于对带隙周围区域的自旋分辨光电子能谱学测量，作者声称这些分裂具有自旋轨道性质，并且所观察到的自旋结构证实了在早期理论工作中提出的石墨烯中量子自旋霍尔态的观察。在这里，我们将表明，需要对本手稿中提供的实验数据进行仔细的系统分析，并且为了做出这样的结论，需要对它们的解释进行更严格的考虑。我们的分析表明，提出的影响和解释是值得怀疑的，需要进一步更仔细的实验。
2017-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Freestanding n-Doped Graphene via Intercalation of Calcium and Magnesium into the Buffer Layer - SiC(0001) Interface
已经广泛地研究了具有Ca的SiC（0001）上的外延石墨烯的插层，但是Ca驻留的精确位置仍然难以捉摸。此外，Mg在SiC（0001）上的外延石墨烯下方的插层还没有报道。本文采用低能电子衍射、X射线光电子能谱学、次级电子截止光电能谱和扫描隧道显微镜等方法研究了6 H-SiC（0001）上钙镁嵌入外延石墨烯的物理和电子结构。我们发现，Ca插入在缓冲层下方并结合到Si封端的SiC表面，打破缓冲层的C-Si键，即“独立”缓冲层，以形成Ca插入的准独立双层石墨烯（Ca-QFSBLG）。对于外延石墨烯在SiC（0001）上的Mg插层，情况是类似的，其中在SiC表面处形成有序的Mg封端的重构，并且Mg键合到Si封端的SiC表面，从而产生Mg插层的准独立式双层石墨烯（Mg-QFSBLG）。在以往的钙插层外延石墨烯的研究中，没有考虑缓冲层下的钙插层。此外，我们没有发现任何证据表明，无论是钙或镁插入石墨烯层之间。然而，我们确实发现Ca-QFSBLG和Mg-QFSBLG都表现出非常低的功函数，分别为3.68和3.78 eV，表明高n型掺杂。在暴露于环境条件下，我们发现Ca-QFSBLG迅速降解，而Mg-QFSBLG保持非常稳定。
2020-07-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Nano selective area growth of GaN by MOVPE on 4H-SiC using epitaxial graphene as a mask: towards integrated III-nitride / graphene / SiC electronics and optoelectronics
我们报告的高品质的三角形GAN纳米台面的生长，30 nm厚，在4 H-SiC的C-面使用纳米选择性区域生长（NSAG）与图案化的外延生长在SiC上的石墨烯作为嵌入式掩模。NSAG解决了氮化物异质外延生长中的缺陷晶体问题，高迁移率石墨烯薄膜可以很容易地在GaN基光电子器件中提供背面低耗散电极。该方法包括首先通过碳化硅的约束控制升华在4 H-SiC的C面上生长5-8个石墨烯层的膜。然后将石墨烯膜图案化，并在石墨烯中蚀刻75纳米宽的开口阵列，露出SiC衬底。随后通过金属有机气相外延生长30纳米厚的GAN。GAN纳米台面在SiC上以完美的选择性外延生长，在通过石墨烯图案化的开口中，在石墨烯上没有成核。在SiC上的台面的向上或向下的取向，它们的三角形刻面，和横截面扫描透射电子显微镜显示，它们是双相的。核心是闪锌矿单晶，周围环绕着单晶六方纤锌矿。GAN晶体纳米台面没有穿线位错，也没有显示任何V-坑。该NSAG工艺潜在地导致高质量III族氮化物在晶片可扩展外延石墨烯/碳化硅平台上的集成。
2015-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and magnetic properties of bilayer graphene with intercalated adsorption atoms C, N and O
我们采用从头算密度泛函理论研究了碳、氮和氧嵌入双层石墨烯的电子和磁性结构。插层原子虽然最初位于双层间隔的中间位置，但最终将被吸附到一个石墨烯层。N和O原子都倾向于桥位（即在下部石墨烯层的碳-碳键合上方），而C原子倾向于中空位（即正好在下部石墨烯层的碳原子上方，同时在上部层的碳六边形的中心下方）。在磁性方面，C和N吸附原子都可以通过在费米能级附近引入扩展态或准局域态而产生巡游Stoner磁性。在N-嵌入体系中可以获得全自旋极化，磁矩主要集中在N原子上。在碳插层体系中，异质碳原子和双层石墨烯中的部分碳原子都被诱导自旋极化。N和O原子很容易从双层石墨烯的碳原子上得到电子，导致费米能级下移到价带，从而在双层石墨烯中产生金属行为。
2010-01-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Photoemission Investigation of Oxygen Intercalated Epitaxial Graphene on Ru(0001)
我们利用快X射线光电子能谱学研究了外延石墨烯在Ru（0001）衬底上的生长过程。不同的C 1 s和Ru 3d核心水平组件的分配和它们在生长过程中的演变给出了一个详细的洞察石墨烯的形成和强烈变化的石墨烯-Ru相互作用强度内的大莫尔晶胞。随后的氧嵌入可以在升高的温度下实现，并且芯能级光谱显示出强烈波纹状到准独立石墨烯的转化，其特征在于单个窄C1 s组分。这种转换和伴随的石墨烯层的平坦化也通过X射线光电子衍射证实。利用价带态的角分辨光电子能谱研究了氧嵌入对电子结构的影响。对于石墨烯/Ru（0001），强石墨烯-衬底杂化破坏了π带色散，但氧嵌入完全恢复了π带，其中强p掺杂使狄拉克点移动到费米能级以上785 meV。该系统的掺杂是高度可调的，因为额外暴露于铷可以将载流子填充转换为n型，狄拉克点低于费米能级970 meV。
2018-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Decoupling Graphene from SiC(0001) via Oxidation
当在SiC（0001）上形成外延石墨烯层时，第一碳层（称为“缓冲层”）虽然相对容易合成，但不具有石墨烯的期望的电性质。导电性差是由于通过共价键合到SiC衬底的石墨烯π带的破坏。在这里，我们表明，它是可能的恢复石墨烯π带通过使用低温，CMOS兼容的过程中，不损坏石墨烯层的缓冲层和SiC衬底之间插入一个薄的氧化物层。
2010-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Imaging the dynamics of individual hydrogen atom intercalated between two graphene sheets
两个相邻的范德瓦尔斯材料片之间的层间走廊预计将修改限制在原子界面处的原子和分子的性质。在这里，我们直接成像单个氢原子插入两个石墨烯片之间，并通过扫描隧道显微镜（STM）研究其动力学。发现插层的氢原子与化学吸附在石墨烯外表面的原子氢有显著不同。我们的STM测量，辅以第一性原理计算，表明插入两个石墨烯片之间的氢原子大大降低了元素迁移步骤的势垒。特别地，来自石墨烯的受限原子氢解离能降低到0.34 eV，其仅为化学吸附在石墨烯上的氢原子的约三分之一。这为直接成像受限原子的原子动力学提供了一个独特的平台。我们的研究结果表明，范德华材料的原子界面可以提供一个有限的环境来调节界面化学反应。
2017-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Periodic arrays of intercalated atoms in twisted bilayer graphene: an \it{ ab initio} investigation
我们已经进行了\it {ab initio}调查的过渡金属（TM = Mo，Ru，Co和Pt）嵌入扭曲双层石墨烯（tBG）层。我们的总能量结果表明，由石墨烯层之间的错位触发，Mo和Ru原子可以形成准周期（三角形）的嵌入原子阵列。相比之下，对于其他TM、Co和Pt原子，预期不会形成这些结构。Mo和Ru原子的净磁矩（m）可以在嵌入时淬灭，这取决于堆叠区域（AA或AB）。例如，我们发现插入堆叠扭曲层的AA（AB）区域之间的Ru原子的磁矩为0.3 $μ_{\rm B}$（1.8 $μ_{\rm B}$）。通过模拟的扫描隧道显微镜（STM）图像，我们验证了插层TM的存在下，可以通过形成明亮的（六角形）点躺在石墨烯表面上识别。
2015-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microscopic correlation between chemical and electronic states in epitaxial graphene on SiC(000-1)
我们提出了能量过滤电子发射光谱与空间和波矢分辨率的SiC$（000-1）上的几层外延石墨烯炉退火生长。低能电子显微镜显示，超过80%的样品被2-3个石墨烯层覆盖。C1 s光谱显微镜提供了石墨烯厚度分布图的独立测量。通过光电子发射显微镜（PEEM）测量的功函数根据石墨烯厚度和石墨烯-SiC界面化学状态在整个表面上从4.34到4.50eV变化。至少两种SiC表面化学状态（即，两种不同的SiC表面结构）存在于石墨烯/SiC界面处。在每个石墨烯/SiC界面处发生电荷转移。K-空间PEEM给出了k_||微米级区域中的π-π * 带色散表明狄拉克点作为石墨烯厚度的函数而移位。观察到了狄拉克锥通过旋转石墨烯片形成的超晶格的布拉格衍射。这些实验强调了横向和光谱分辨率对未来电子设备规模的重要性，以便精确地表征传输特性和能带对准。
2011-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Theory and synthesis of bilayer graphene intercalated with ICl and IBr for low power device applications
石墨烯插层材料对于实现超低功率、基于激子冷凝物的双层赝自旋场效应晶体管（BiSFET）概念以及需要石墨烯层间电介质的其他新颖器件概念是潜在有希望的。利用密度泛函理论研究了氯化碘（ICl）和溴化碘（IBr）插层石墨烯的结构和电子性质。我们确定了ICl和IBr石墨烯插层化合物（GIC）的结构构型。我们还进行了深入的探索层间电子耦合，使用\textit{ab initio}计算。插层剂的存在掺杂石墨烯层。它还减少但不消除石墨烯层之间的电子耦合，这可以实现BiSFET操作。此外，我们提出了ICI-GIC合成和表征的实验结果。
2013-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The electroluminescent properties based on bias polarity of the epitaxial graphene/aluminium SiC junction
我们研究了外延石墨烯/SiC结的电致发光特性。在50-300 K的温度范围内测量了外延石墨烯/SiC的电致发光的温度和电流依赖性。在300~K下的电致发光结果与Al/SiC结的电致发光光谱进行了比较。光谱之间的差异是由不同的能带弯曲解释的，由于石墨烯的半金属特性，这可能导致可调谐LED。我们观察到在两个偏压极性下的电致发光，并利用Franz-Keldysh效应描述了光谱的蓝移。
2017-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Investigation of Two-Dimensional Superconductivity in Intercalated Graphene Layers
利用第一性原理计算，对碱土金属原子嵌入石墨烯双层和三层体系的电子结构和振动模式进行了计算.研究发现，与超导石墨层间化合物的情况相似，费米能级被来自层间态的S带和石墨π带穿过。发现钙插层石墨烯双层和三层中的电子-声子耦合参数分别为0.60和0.80。在超导CaC_6石墨层间化合物中，电子-声子耦合参数的计算值为0.83。得出的结论是，二维超导电性是可能的，在一个系统中的几个石墨烯层插入钙。
2011-07-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.supr-con
Topological band gap in intercalated epitaxial graphene
石墨烯的功能化调控是一个重要的基础研究和实际应用课题。在这项研究中，我们表明，5 $d$过渡金属在SiC上的外延石墨烯的嵌入是一种很有前途的方法，实现拓扑非平凡的阶段与有限的带隙的石墨烯。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，我们证明了Re和Ta插层石墨烯成为二维拓扑绝缘体，分别呈现线性Dirac锥和二次带，并具有拓扑带隙.拓扑态的出现归因于插层剂强的自旋-轨道耦合强度。我们发现，拓扑边缘状态存在于有限的体带隙内，根据体边界对应。我们还讨论了由于反转对称性破缺和自旋轨道耦合引起的能带结构的自旋分裂。我们的研究结果表明，插层石墨烯是一种有效的和可行的方法来操纵石墨烯的带隙和拓扑特性。这种插层石墨烯系统对于自旋电子学和量子计算应用有潜在用途。
2019-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of C-face 4H-SiC(0001) deposition on thermopower of single and multilayer graphene in AA, AB and ABC stacking
基于密度泛函理论，采用半经典Boltzmann方程，在最大局域Wannier函数基组中插值能带，研究了多层石墨烯的Seebeck系数.我们比较了各种石墨烯堆叠（AA、AB和ABC），它们都是独立的和沉积在$4H$ -SiC（0001）C端基片上的。我们发现，SiC衬底的存在可以显着影响石墨烯层的热电性能，这取决于堆叠，提供了一种有前途的方法来定制高效的石墨烯基器件。
2014-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Quasi-free Standing Epitaxial Graphene on SiC by Hydrogen Intercalation
通过氢插层在SiC（0001）上获得了准独立外延石墨烯。氢在6root3重构的初始碳层和SiC衬底之间移动。对于外延石墨烯，最上面的Si原子共价结合到该缓冲层，现在通过氢键饱和。缓冲层变成具有其典型线性π带的准自立式石墨烯单层。类似地，外延单层石墨烯变成去耦双层。这种嵌入在空气中是稳定的，并且可以通过退火到900摄氏度左右来逆转。
2009-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Mimicking Nanoribbon Behavior Using a Graphene Layer on SiC
我们提出了一种自然的方式来创建量子限制区域的石墨烯在系统中，允许大规模的设备集成。我们表明，使用第一性原理计算，在$[000\bar{1}]$ $SiC$的沟槽区域上的单个石墨烯层模仿i）费米能级周围的能带和ii）独立石墨烯纳米带的磁性。根据沟槽方向，锯齿形或扶手椅型纳米带被模仿。这种行为的发生是因为$SiC$表面上的单个石墨烯层失去了石墨烯类性质，其仅在沟槽上恢复，从而以这种方式提供了受限的条带区域。
2010-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Rotational stacking and its electronic effects on graphene films grown on 4H-SiC$(000\bar{1})$
利用低能电子衍射和表面X射线衍射研究了在SiC $(000\bar{1})$表面生长的多层石墨烯的堆积顺序。我们发现，薄膜中含有高密度的旋转堆垛层错所造成的三种类型的旋转石墨烯：片旋转$30^\circ$和$\pm 2.20^\circ$相对于SiC衬底。这些角度是独特的，因为它们对应于分层石墨烯的相称相，与其本身和SiC衬底两者。{ \it Ab intio}计算表明，这些旋转相使相邻的石墨烯层电子解耦。在断层边界处来自石墨烯的能带结构在$K$ -点（狄拉克锥）处显示线性能量色散，几乎与单个石墨烯片相同。
2007-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Raman spectroscopy of epitaxial graphene on a SiC substrate
通过退火在SiC衬底上制备外延石墨烯（EG），可以加快石墨烯在未来电子器件中的应用，因此引起了人们的广泛兴趣。EG和SiC衬底的相互作用对其电子和物理性质至关重要。本文利用拉曼光谱研究了EG的结构及其与SiC衬底的相互作用。结果表明，EG的拉曼谱带均发生了明显的蓝移，这是由于基底诱导的压应变引起的。构建了一个包含碳纳米网上石墨烯的13 × 13蜂窝晶格单元的模型来解释应变的起源。石墨烯层和衬底之间的晶格失配导致石墨烯上的压应力为2.27 GPa。我们还表明，在Si和C终止SiC衬底上生长的EG的电子结构是完全不同的。我们的实验结果揭示了石墨烯和SiC衬底之间的相互作用，这对EG的未来应用至关重要。
2008-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation of Graphene on SiC(0001)
这篇论文已被撤回，由于坚持双重提交政策的参考期刊。我们道歉。
2009-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Growth of thin graphene layers on stacked SiC surface in ultra high vacuum
我们展示了一种在超高真空条件下在SiC的C面上制备薄石墨烯层的技术。一个堆栈的两个SiC衬底，包括一个半开放的腔在界面上被用来部分限制耗尽的Si原子从样品表面在生长过程中。我们观察到，这种配置显着减缓石墨烯的生长，以容易控制的速度在超高真空环境中的C面SiC。低能电子衍射和拉曼光谱的测量结果与堆叠配置生长的样品进行了比较，通过使用裸UHV升华工艺生长的样品。
2011-09-08 cond-mat.mtrl-sci
The interface structure of epitaxial graphene grown on 4H-SiC(0001)
我们提出了一个结构分析的石墨烯-4 HSiC（0001）界面使用表面X射线反射率。我们发现，界面是由两个SiC双层的扩展重建。直接在第一石墨烯片下方的界面是延伸层，其厚度是体SiC双层的两倍以上（~1.7A与0.63A相比）。从该界面层到第一石墨烯片的距离远小于石墨层间间距，但大于对（000-1）表面上生长的石墨烯测量的相同距离，如先前通过从头计算预测的。
2008-08-10 cond-mat.mtrl-sci
The structure and evolution of semiconducting buffer graphene grown on SiC(0001)
使用高度控制的石墨烯在SiC（0001）上的覆盖率，我们研究了在SiC界面上生长的第一石墨烯层的结构。这一层被称为缓冲层，是半导体的。利用X射线反射率和X射线驻波分析，我们对有无单层石墨烯层的缓冲层结构进行了比较研究，结果表明，在SiC界面处，不超过26%的缓冲碳与Si共价键合。我们还表明，顶部的SiC双层是Si耗尽，是可能的原因，在这个系统中先前观察到的inflation。当单层石墨烯层在缓冲层上方形成时，缓冲层变得不那么波纹化，具有与SiC界面的键合几何形状变化的迹象。同时，整个SiC界面变得更加无序，这可能是由于与更高的生长温度相关的熵。
2017-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Quasi-Freestanding Multilayer Graphene Films on the Carbon Face of SiC
利用高分辨角分辨光电子能谱研究了生长在SiC碳表面上的石墨烯和掺杂石墨烯的电子能带结构，观察到相邻层之间的旋转和AB-堆叠。将准独立AB-双层的能带结构与在SiC的Si面上生长的双层石墨烯直接比较，以研究衬底对外延石墨烯的电子性质的影响。我们的研究结果表明，从电子的角度来看，由于石墨烯层之间的旋转，C面膜几乎是独立的。
2011-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Role of covalent and metallic intercalation on the electronic properties of epitaxial graphene on SiC(0001)
采用轨道分辨密度泛函理论研究了SiC表面氢和锂嵌入石墨烯的电子性质。从石墨烯/SiC异质结系统的$(6\sqrt3\times6\sqrt3)R30^{\circ}$表面重构出发，我们发现H和Li都可以在界面处插入时恢复两个非等效结部分（即石墨烯和SiC衬底）的理想结构特征。然而，对于这两种情况，化学/静电相互作用仍然不同。因此，H-插层外延石墨烯受到扰动狄拉克点的亚晶格破坏电子干扰，而Li插层由于Li电荷的不均匀离域而产生高度$n$掺杂的系统。结果带来的作用，衬底工程在SiC上外延石墨烯的讨论。
2011-11-22 cond-mat.mes-hall 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
Large-Area Intercalated 2D-Pb/Graphene Heterostructure as a Platform for Generating Spin-Orbit Torque
本研究通过受限异质外延法合成空气稳定的单层Pb插层石墨烯异质结，表征其超结构特征，并验证该体系电荷-自旋转换有效场较对照提升1.5倍，为自旋电子学器件提供新平台。
2024-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Interlayer coupling enhancement in graphene/hexagonal boron nitride heterostructures by intercalated defects and vacancies
在二维原子晶体中，六方氮化硼（hBN）是制备异质结构的最引人注目的材料之一，具有独特的性质。我们进行第一性原理计算，以确定插入的金属原子和空位是否可以介导界面耦合和影响石墨烯/hBN异质结构的结构和电子性质。金属杂质原子（Li、K、Cr、Mn、Co和Cu）作为石墨烯和hBN片之间的非本征缺陷产生掺杂$n$的石墨烯。我们还考虑了本征空位缺陷，并发现hBN中的硼单空位作为石墨烯的磁性掺杂剂，而hBN中的氮单空位作为石墨烯的磁性掺杂剂。相比之下，hBN中最小的三角形空位缺陷不太可能导致石墨烯的电子输运发生显著变化。我们的研究结果表明，hBN层与一些空位或金属杂质增强层间耦合的石墨烯/hBN异质结构相对于电荷掺杂和电子散射。
2014-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Size confinement effect in graphene grown on 6H-SiC (0001) substrate
我们观察了生长在n型6 H-SiC（0001）上的石墨烯的占据态密度的能量结构。用光电子能谱学揭示的结构通过量子阱态的产生来描述，量子阱态的数目和能量位置（E1 = 0.3 eV，E2 = 1.2 eV，E3 = 2.6 eV）与石墨烯/n-SiC结构中的价带的电势释放形成的深（V = 2.9 eV）和窄（d = 2.15 A）量子阱的计算值一致。我们相信量子阱态也应该在电介质上的石墨烯和悬浮的石墨烯中形成。
2014-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Comeback of epitaxial graphene for electronics: large-area growth of bilayer-free graphene on SiC
我们提出了一种在SiC上外延石墨烯的新制造方法，该方法能够以前所未有的再现性生长超光滑无缺陷和无双层的石墨烯片，这是高质量石墨烯基电子器件的晶圆级制造的必要先决条件。在高温升华生长期间固有但不利的高SiC表面台阶的形成通过稳定SiC表面的石墨烯缓冲层的快速形成而被抑制。增强的成核作用是通过分解作为碳源的聚合物吸附物来实现的。在大多数步骤远低于0.75 nm的情况下，形成了没有双层夹杂物的纯单层石墨烯，其横向尺寸仅受衬底尺寸的限制。这使得聚合物辅助升华生长技术成为商业晶片规模外延石墨烯制造的最有前途的方法。非凡的电子质量证明了量子电阻计量在4.2 K，迄今为止尚未达到的精度和高电子迁移率的毫米级设备。
2016-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic equilibrium conditions of graphene films on SiC
第一性原理表面相图揭示了3C-SiC（111）的Si侧上的外延单层石墨烯膜可以在实验可控条件的窄范围内作为结晶稳定相存在，从而定义了通向最高质量石墨烯膜的路径。我们的计算是基于范德瓦尔斯修正的密度泛函。零层至三层石墨烯的完整的实验观察到的（6 sqrt（3）x 6 sqrt（3））-R30超晶胞对于描述正确的界面几何形状和表面相的相对稳定性以及可能的缺陷是必不可少的。
2013-04-29 cond-mat.mtrl-sci
The quasi-free-standing nature of graphene on H-saturated SiC(0001)
我们报道了在6 H-SiC（0001）上通过在缓冲层下嵌入氢制备的准独立石墨烯的研究。利用红外吸收光谱，我们证明了SiC（0001）表面是饱和的氢。拉曼光谱表明缓冲层转化为石墨烯，石墨烯表现出轻微的拉伸应变和短程缺陷。这些层是空穴掺杂的（p = 5.0-6.5 x 10^12 cm^（-2）），室温下载流子迁移率为3，100 cm ^2/Vs。与缓冲层上的石墨烯相比，对于H-封端的SiC（0001）上的石墨烯，观察到迁移率的温度依赖性大大降低，这证明了术语“准自立”的合理性。
2011-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Atmospheric pressure graphitization of SiC(0001)- A route towards wafer-size graphene layers
我们研究了在SiC（0001）衬底上外延生长的石墨烯薄膜，采用Ar气氛代替真空气氛进行退火。使用AFM和LEEM，我们观察到显着改善的表面形态和石墨烯域的大小。对单层石墨烯薄膜的霍尔测量显示，室温下载流子迁移率约为1000 cm^2/Vs，27 K下约为2000 cm^2/Vs。这里介绍的生长过程建立在技术上可行的基础上的石墨烯膜的合成。
2008-08-08 cond-mat.mtrl-sci
