Direct Imaging of Graphene Edges: Atomic Structure and Electronic Scattering
我们报告了一个原子分辨的扫描隧道显微镜（STM）的边缘的化学气相沉积（CVD）的铜箔上合成的石墨烯颗粒的调查。大多数边缘宏观上平行于石墨烯晶格的锯齿方向。这些边缘具有微观粗糙度，发现其在原子尺度上也遵循锯齿形方向，显示许多~120度转弯。在罕见的扶手椅取向边缘附近观察到具有约3a/4（a是石墨烯晶格常数）周期性的突出的驻波图案。观察到的特征，这种波图案是一致的电子谷间后向散射预测发生在扶手椅边缘，但不是在锯齿形边缘。
2011-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photocurrent imaging and efficient photon detection in a graphene transistor
我们使用扫描光电流成像技术测量石墨烯晶体管的沟道电势。我们表明，在一定的栅极偏置，金属对沟道电位分布的影响延伸到沟道的总沟道长度的1/3以上，从源极和漏极侧，因此大部分的沟道是由金属的影响。还在各种栅极偏压下测量金属控制的石墨烯和体石墨烯沟道之间的势垒。当栅极偏压超过狄拉克点电压V狄拉克时，原始p型石墨烯沟道变成p-n-p沟道。当光聚焦在pn结上时，由于光子探测仅涉及单层原子，因此实现了0.001 A/W的令人印象深刻的外部响应度。
2009-12-24 cond-mat.mes-hall 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
Imaging, simulation, and electrostatic control of power dissipation in graphene devices
我们使用红外热显微镜直接成像功能的单层和双层石墨烯场效应晶体管（GFET）中的热点形成。与电热输运模型相关提供了对载流子分布、场和GFET功耗的深入了解。热点对应于沿着GFET的最小电荷密度的位置;通过改变所施加的偏压，这可以在电极之间移位或在双极传输中保持在沟道的中间。有趣的是，热点形状具有单层石墨烯与双层石墨烯中的态密度的印记。更广泛地说，我们发现，热成像结合自洽模拟提供了一种非侵入性的方法，更深入地研究纳米器件中的传输和能量耗散。
2010-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging the potential distribution of individual charged impurities on graphene by low-energy electron holography
虽然成像个别原子可以常规地实现在高分辨率透射电子显微镜，可视化的电位分布的个别带电的吸附物导致的相移的探测电子波仍然是一个具有挑战性的任务。低能电子（30 - 250 eV）对局部电势梯度敏感。我们采用低能电子全息术来获取独立石墨烯上单个带电杂质的同轴全息图。通过应用迭代相位恢复重建程序，我们恢复了独立石墨烯上存在的局部带电杂质的电势分布。
2017-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Low-energy electron transmission imaging of clusters on free-standing graphene
我们研究了独立式石墨烯作为透明样品载体的效用，通过低能电子全息成像纳米尺寸的物体。讨论了获得无污染石墨烯的样品制备以及实验装置和结果。对于具有66 eV动能的入射电子，石墨烯表现出每层27%的不透明度。因此，吸附在独立石墨烯上的纳米尺寸物体的电子全息图可以被记录和数字重建，以揭示物体的形状和分布。此外，已经观察到独立石墨烯多层的莫尔效应。
2012-07-10 cond-mat.mes-hall
Direct imaging of topological edge states at a bilayer graphene domain wall
带隙石墨烯双层中的AB-BA畴壁是一种罕见的具有拓扑电子态的裸露结构。在这里，我们显示，第一次，直接成像的拓扑边缘状态，使用扫描隧道显微镜。同时获得的畴壁原子分辨率图像为我们提供了前所未有的机会来测量畴壁内空间变化的边缘态，观察到一维导电沟道主要位于畴壁的两个边缘附近，理论计算很好地再现了这一点。我们的实验进一步表明，即使在高磁场的存在下，一维拓扑状态是相当强大的。
2015-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-energy electron holographic imaging of gold nanorods supported by ultraclean graphene
电子显微镜的理想支撑物应尽可能薄，并尽可能少地与初级电子相互作用。由于石墨烯是原子级薄的，并且由排列在蜂窝晶格中的碳原子组成，因此在电子显微镜中使用石墨烯作为基底的潜力是巨大的。到目前为止，石墨烯几乎从未用于此目的，因为在感兴趣的物体沉积之前或之后，独立石墨烯的清洁度是不够的。我们在这里通过低能电子全息成像证明，用铂-金属催化方法制备的独立石墨烯即使在重新暴露于环境条件和从液相沉积金纳米棒之后仍然保持超净。在金颗粒的全息重建中，物体周围的有机壳被成像，而在同一样品的SEM图像中无法检测到，这表明低能电子全息术在石墨烯支撑的单生物分子成像中具有巨大的潜力。
2014-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
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
Imaging graphene field-effect transistors on diamond using nitrogen-vacancy microscopy
已经提出了基于金刚石中的氮空位（NV）传感器的集合体的成像技术应用于微电子器件，但是NV感测与操作门控器件的兼容性仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们直接在金刚石表面上制造石墨烯场效应晶体管（GFET），并通过NV显微镜对其进行观察。门控石墨烯内的电流密度是根据NV磁力测量法在主要是p型和n型掺杂下重建的，但发现确切的掺杂水平受到测量的影响。此外，我们观察到一个令人惊讶的大调制的电场在金刚石表面下施加的栅极电位，看到在NV光致发光和NV电测量，表明氧化物-石墨烯-金刚石结构的复杂的静电响应。可能的解决方案，以减轻这些影响进行了讨论。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Analysis of point defects in graphene using low dose scanning transmission electron microscopy imaging and maximum likelihood reconstruction
自支撑石墨烯在低电子能量下对电子照射显示出出色的弹性。然而，石墨烯中的点缺陷受到束驱动动力学的影响。这意味着通常需要高电子辐照剂量的点缺陷的高分辨率显微照片可能不代表本征缺陷群。在这里，我们捕获的初始缺陷形成的喷射碳原子下的电子辐照，通过成像与非常低的剂量和随后的重建频繁发生的缺陷通过极大似然算法。
2018-05-04 cond-mat.mes-hall
High contrast imaging and thickness determination of graphene with in-column secondary electron microscopy
我们报告了一种新的方法，用于定量估计石墨烯层的厚度使用高对比度成像的石墨烯膜的绝缘基板上的扫描电子显微镜。通过用柱内低能电子检测器检测从衬底发射的次级电子的衰减，我们已经实现了非常高的厚度依赖对比度，其允许定量估计多达几个石墨烯层的厚度。电子显微照片的纳米级空间分辨率还允许石墨烯的简单结构表征方案，其已被应用于识别大面积化学气相沉积石墨烯中多层生长的断层、褶皱、空隙和补丁。我们详细讨论了不同表面电荷和电子束感应电流等因素对石墨烯图像对比度的影响。
2012-03-27 cond-mat.mes-hall
Atomic resolution imaging of the two-component Dirac-Landau levels in a gapped graphene monolayer
无质量狄拉克费米子的波函数是一个二分量旋量。在石墨烯中，一个单原子厚的薄膜显示出二维的Dirac-like电子激发，双分量表示反映了A和B子晶格上电子波函数的振幅。这种独特的性质提供了前所未有的机会，图像的两个组成部分的无质量狄拉克费米子空间。在这里，我们报告的原子分辨率成像的两个组件的狄拉克-朗道能级在带隙的石墨烯单层的扫描隧道显微镜和光谱。在SiC和石墨衬底上的石墨烯中观察到约20 meV的间隙，由衬底电势的反转对称性破缺驱动。这样的间隙将n = 0的朗道能级（LL）分成两个能级，0+和0-。我们证明了0- LL的波函数的振幅主要在石墨烯的A位，0+ LL的波函数的振幅主要在石墨烯的B位，表征了n = 0 LL的旋量的内部结构。这为无质量狄拉克费米子的双分量性质提供了直接证据。
2015-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mapping Conductance and Switching Behavior of Graphene Devices In Situ
石墨烯已被提议用于各种纳米器件设计，其中许多利用涌现的量子特性实现器件功能。然而，可视化，测量和操纵在纳米和原子尺度上变得不平凡，代表了在出现量子效应的长度尺度上的器件制造，表征和优化的重大挑战。在这里，我们提出了在2D纳米电子器件，电子束诱导调制和成像与次级电子电子束感应电流（SEEBIC）之间的十字路口的原则性结果的证明。我们介绍了一种与扫描透射电子显微镜调查兼容的设备平台。然后，我们展示了如何SEEBIC成像技术可用于可视化单层石墨烯纳米器件的电导和连接性，即使在较厚的衬底上支持（常规成像失败的条件下）。最后，我们表明，SEEBIC成像技术可以检测到微妙的差异，通过时间在非欧姆石墨烯nanoconstrictions的电荷传输表明潜在的揭示动态电子过程。
2022-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric imaging and dynamics of photo-charged graphene edge
本研究利用扫描氮-空位显微镜对单层石墨烯边缘的电场分布进行纳米级实空间成像，提出光热电子效应理论解释电荷转移机制，为石墨烯一维栅极和光电子学及金刚石表面化学环境调控提供了新方法。
2024-09-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Imaging Grains and Grain Boundaries in Single-Layer Graphene: An Atomic Patchwork Quilt
多晶材料的性质通常由其晶粒的尺寸和其晶界的原子结构决定。这些效应在2D材料中尤其明显，即使是线缺陷也会分裂和破坏晶体。这些问题在石墨烯中具有实际意义，石墨烯是一种碳原子的六边形二维晶体;现在可以通过化学气相沉积在高达米的尺度上生产单原子厚度的石墨烯片，使其多晶性几乎不可避免。理论上，石墨烯晶界被预测具有明显的电子、磁性、化学和机械性质，这些性质强烈依赖于它们的原子排列。然而，由于晶粒和晶界原子之间的五个数量级的尺寸差异，很少有实验充分探索石墨烯的晶粒结构。在这里，我们使用新旧透射电子显微镜技术的结合来桥接这些长度尺度。使用原子分辨率成像，我们确定的位置和身份的每个原子在晶界上，并发现不同的晶粒缝合在一起，主要是通过五边形-七边形对。然后，我们使用衍射过滤成像快速映射的位置，方向和形状的几百个晶粒和边界，其中只有少数已被报道。由此产生的图像揭示了一个意想不到的小而复杂的拼凑颗粒连接的倾斜边界。通过将晶粒成像与扫描探针测量相关联，我们表明这些晶界显著削弱了石墨烯膜的机械强度，但不会显著改变其电性能。这些技术为石墨烯和其他二维材料的结构，性能和晶粒和晶界控制的研究打开了新的窗口。
2010-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging field-tuned quantum Hall broken-symmetry orders and quantum Hall conducting channel in charge-neutral graphene WSe2 heterostructure
石墨烯中的第零朗道能级（0 LL）已经成为一个平带平台，通过简单地调整磁场的强度和/或方向，可以以前所未有的控制探索不同的多体相。当石墨烯中的OLL被半填充时，预测在高磁场中实现具有不同晶格尺度破缺级的丰富的量子霍尔铁磁（QHFM）相1 - 8，13 -16。在这里，我们报告了一个场调谐的连续量子相变的不同谷排序QHFM的电荷中性石墨烯绝缘二硒化钨（WSe 2）。在半充满的0 LL中，反常的依赖于场的能隙清楚地揭示了相变。通过对相变过程中电子波函数的原子分辨率成像，我们观察到了场调谐的连续变化的谷极化和谷反转的微观特征，这是出乎意料的，超出了目前的理论预测。此外，拓扑量子霍尔导电沟道的石墨烯直接成像时，衬底（WSe 2）引入带弯曲的OLL。
2021-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Growth, charge and thermal transport of flowered graphene
我们报告的结构和传输特性的最小的位错环在石墨烯中，被称为花缺陷。首先，通过先进的实验成像技术，我们推导出花状缺陷是如何形成在化学气相沉积石墨烯的重结晶过程中。我们认为花状缺陷是由动态再结晶后的晶粒形成的凸起机制引起的。接下来，为了评估这些缺陷作为全石墨烯电子器件的可能构建块的使用，我们结合多尺度建模工具来研究具有随机分布的花状缺陷的大型单层石墨烯样品的结构和电子声子输运特性。对于足够大的花密度，我们发现，电子输运强烈抑制，而令人惊讶的是，空穴传输几乎不受影响。这些结果表明，可能的应用花石墨烯的电子能量过滤。对于相同的缺陷密度，声子输运减少了数量级的弹性散射缺陷成为主导。弯曲声子的热传输，石墨烯中的关键，即使在非常低的浓度下也在很大程度上受到抑制。
2020-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determining spin-orbit coupling in graphene by quasiparticle interference imaging
本文利用扫描隧道显微镜对准粒子干涉成像，通过石墨烯-WSe₂异质结构中的背散射定量确定了诱导自旋轨道耦合由约2 meV的谷-塞曼项和约15 meV的Rashba项组成，并验证了该方法的有效性。
2022-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging Quantum Interference in Stadium-Shaped Monolayer and Bilayer Graphene Quantum Dots
石墨烯基体育场形量子点（QD）的实验实现很少，并且与扫描探针显微镜不兼容。然而，这些量子点内的电子态的直接可视化对于确定这些系统中量子混沌的存在至关重要。我们报道了在单层石墨烯（MLG）和双层石墨烯（BLG）组成的异质结构器件中静电限定的体育场形量子点的制备和表征。为了实现体育场形状的量子点，我们利用扫描隧道显微镜的尖端，以支持六方氮化硼薄片中的缺陷充电。可视化的体育场状态与基于紧束缚的模拟一致，但缺乏明确的量子混沌特征。基于MLG的体育场量子点中不存在量子混沌特征是由于克莱因隧穿引起的限制势的泄漏性质。相比之下，对于基于BLG的体育场量子点（具有更强的限制），量子混沌被平滑的限制势排除，这减少了状态之间的干扰和混合。
2022-07-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Imaging backscattering in graphene quantum point contacts
我们研究了石墨烯量子点接触（QPC）和费米能级波函数被扫描探针引入的电势的背散射成像。我们认为这两个蚀刻的单层QPC以及由双层补丁沉积在单层导电通道的两侧使用原子紧束缚的方法形成的。开发了一种计算方法，使用有限大小的计算框来有效地模拟QPC外部的无限石墨烯平面。我们表明，尽管克莱因现象的干扰，由于在一个圆形的n-p结的探针电位引起的背散射是可见的空间地图的电导作为探针位置的函数。
2017-10-11 cond-mat.mes-hall
Imaging Localized States in Graphene Nanostructures
具有空间分辨率的探测技术有可能导致更好地理解微观物理过程和操纵纳米结构的新途径。我们提出了一个石墨烯量子点，它是耦合到源极和漏极通过两个收缩的扫描门图像。我们的图像和定位的量子点在库仑阻塞制度的电导共振，以及在实空间中的压缩局域态的共振。
2010-05-12 cond-mat.mes-hall
Raman imaging and electronic properties of graphene
石墨是一种经过充分研究的材料，具有已知的电子和光学特性。另一方面，石墨烯只是一层碳原子排列在六边形晶格中，理论上已经研究了很长一段时间，但直到最近才开始进行实验。在这里，我们演示了如何使用拉曼散射明确识别单层和多层石墨烯。此外，我们使用扫描拉曼装置来成像各种高度的少层石墨烯薄片。在运输实验中，我们测量弱本地化和电导波动的石墨烯片约7单层厚度。在2 K温度下，我们得到了约2 $μ$ m的相位相干长度。此外，我们研究了通过单层石墨烯片的导电性和通过背栅的电子和空穴密度的调谐。
2007-09-21 cond-mat.mes-hall
Imaging of sub-$μ$A currents in bilayer graphene using a scanning diamond magnetometer
纳米尺度的电子输运引起了许多有趣的物理现象，伴随着不同的空间模式的电流流动。在这里，我们报告在室温下双层石墨烯的二维电流分布的灵敏磁成像。通过将源漏电流的动态调制与金刚石探针中氮空位中心的交流量子传感相结合，我们获得了具有4.6 nT和20 nA/ $μ$ m的优异灵敏度的磁场和电流密度图。空间分辨率为50-100纳米。我们进一步介绍了一套方法，用于增加该技术的动态范围，并减轻不希望的反作用的磁力测量操作的电子运输。电流密度图揭示了局部变化的流动模式和全球调整的电流通过背栅电位。没有观察到流体动力学运输的特征。我们的实验证明了在二维材料和导体中成像纳米级传输的细微特征的可行性。
2022-01-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cross-sectional imaging of individual layers and buried interfaces of graphene-based heterostructures and superlattices
通过将各种二维（2D）原子晶体[1]堆叠在彼此的顶部，可以创建具有设计的电子特性的多层异质结构和器件[2-5]。然而，在组装过程中，各种吸附物被困在层之间，这不仅影响了所得的质量，而且还阻止了由范德华相互作用维持的真正的人造层状晶体的形成，而是通过污染物形成胶合在一起的层压材料。透射电子显微镜（TEM）显示，石墨烯和氮化硼单层（两种最佳表征的2D晶体）被碳氢化合物密集覆盖（即使在高真空中热退火后），并且仅显示出适合原子分辨率成像的小的干净斑块[6-10]。这一观察似乎不利于创造具有原子级尖锐界面的范德华材料和异质结构的任何现实前景。在这里，我们采用横截面TEM来观察几种石墨烯-氮化硼异质结构的侧视图。我们发现，被困的碳氢化合物分离成孤立的口袋，离开界面原子清洁。此外，我们观察到一个明确的界面粗糙度和封装的石墨烯的电子质量之间的相关性。这项工作证明了原子层精度组装异质结构的概念，并提供了他们的第一个TEM图像。
2012-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wide-Band Nano-Imaging of Plasmon Dispersion and Hotspots in Quasi-Free-Standing Epitaxial Graphene
我们报告了使用散射扫描近场光学显微镜（S-SNOM）在宽光谱范围内观察石墨烯等离子体干涉条纹，该显微镜采用了一组可广泛调谐的量子级联激光器。我们使用等离子体激元干涉测量石墨烯等离子体激元的色散曲线超过一个数量级的等离子体激元波长，从$λ_{sp}$ ~140到~1700 nm，并提取电子费米能量为298 $\pm$ 4 meV的氢嵌入单层外延石墨烯在SiC上。此外，我们证明了波长可调的石墨烯等离子体反射“热点”在单层/双层界面的外观。这项工作证明了宽带纳米成像精确测量石墨烯的电性能和空间控制等离子体反射聚焦的能力。
2018-05-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Real-space imaging of the tailored plasmons in twisted bilayer graphene
我们报告了一个系统的等离子体研究扭曲双层石墨烯（TBLG）-两个石墨烯层堆叠的扭曲角。通过对具有宽扭曲角分布的TBLG单晶的实空间纳米成像，我们发现TBLG支持敏感地依赖于扭曲角的受限红外等离子体。在小的扭转角下，TBLG具有与单层石墨烯相当的等离子体激元波长。在较大的扭转角，TBLG的等离子体激元波长显着增加，明显较低的阻尼。进一步的分析和建模表明，观察到的扭曲角依赖的TBLG等离子体在狄拉克线性制度主要是由于费米速度重整化，层间电子耦合的直接后果。我们的工作揭示了TBLG的定制等离子体特性，加深了我们对新颖的范德华耦合二维材料中有趣的纳米光学物理的理解。
2023-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Imaging charge density fluctuations in graphene using Coulomb blockade spectroscopy
使用扫描隧道显微镜，我们已经成像的单层石墨烯的局部电荷密度波动。通过在STM针尖的末端放置一个小的金纳米颗粒，就可以创建一个电荷传感器。通过在表面上光栅扫描尖端并使用库仑阻塞光谱，我们绘制了石墨烯上的局部电荷。我们观察到一系列的电子和空穴掺杂的水坑与特征长度尺度约为20 nm。基于杂质数的关联长度的理论计算与我们的测量结果一致。
2010-12-03 cond-mat.mes-hall
Attomicroscopy imaging and control of electron motion in graphene
本研究利用阿托秒显微成像技术，通过调节激光脉冲的载波包络相位和场强，实现了对石墨烯中束缚电子运动的可视化与操控，从而为控制电子动态过程开辟了新途径。
2024-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Dual-gated graphene devices for near-field nano-imaging
基于石墨烯的异质结构显示出各种现象，这些现象可以通过静电局部门来强烈地调节。单层石墨烯（MLG）具有可调的表面等离子体激元，如通过扫描纳米红外实验所揭示的。在双层石墨烯（BLG）中，垂直位移场诱导出电子能隙。带隙BLG被预测显示不寻常的效果，如等离子体激元放大和域壁等离子体激元具有显着更大的寿命比MLG。此外，各种相关的电子相位高度敏感的位移场已被观察到扭曲的石墨烯结构。然而，在纳米红外实验中应用垂直位移场只是最近才成为可能（参考文献1）。在这项工作中，我们充分表征两种方法来实现纳米光学兼容的顶门：双层$\text{MoS}_2$和MLG。我们进行纳米红外成像的两种类型的结构和评估其优点和缺点。我们的工作为石墨烯异质结构中相关现象和等离子体效应的综合近场实验铺平了道路。
2021-03-22 cond-mat.mes-hall
Signature of chirality in scanning-probe imaging of charge flow in graphene
我们从理论上提出直接观察的手性性质的载流子在石墨烯单层和双层内的受控散射实验。位于电容耦合扫描探针显微镜（SPM）针尖上的电荷作为散射中心，在石墨烯片上具有可控的位置。单层和双层石墨烯中的颗粒的手性的不耐候特征在存在这种散射中心的情况下在弹道输运中出现。为了从理论上模拟SPM尖端产生的光滑势的散射，我们在一阶玻恩近似下建立了散射形式。我们计算通过一个设备与SPM尖端之间的两个收缩（量子点接触）作为尖端位置的函数的电流。
2008-02-07 cond-mat.mes-hall
The limits of Near Field Immersion Microwave Microscopy evaluated by imaging bilayer graphene Moiré patterns
分子和原子成像需要电子和扫描探针显微镜的发展，以超越衍射所决定的物理极限。纳米红外实验和微微腔尖端增强拉曼光谱成像后来证明，在可见光范围内的辐射可以超过这一限制，通过使用扫描探针尖端访问近场制度。在这里，我们表明，最终的分辨率可以通过使用扫描微波成像显微镜，以揭示特征尺寸低至1 nm的结构，使用波长为0.1 μ m的辐射。作为测试材料，我们使用扭曲的双层石墨烯，这不仅是一个非常重要的最近的话题，由于相关电子效应的发现，如超导性，但也因为它提供了一个样本，我们可以系统地调整超结构莫尔图案调制从低于一个高达几十纳米。通过分析的尖端样品的距离动力学，我们表明，这最终10 $^8$探针图案的分辨率可以通过使用液体浸没显微镜的概念和精致的力控制施加在纳米级水凝胶。
2020-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-invasive transmission electron microscopy of vacancy defects in graphene produced by ion irradiation
用高能离子辐照已被广泛建议作为工程化石墨烯性质的工具。实验表明，它确实对它的输运、磁性和机械特性有很大的影响。然而，使用离子辐照作为工程工具需要对所产生的缺陷的类型和详细特性的理解，这仍然是缺乏的，因为使用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）-唯一允许直接成像原子级缺陷的技术-经常在成像期间修改甚至产生缺陷，从而使得不可能确定固有的原子结构。在这里，我们表明，将所研究的石墨烯样品封装在另外两个（保护性）石墨烯片之间允许非侵入性HRTEM成像和原子级缺陷的可靠识别。使用这种简单的技术，我们证明了质子辐照石墨烯产生重建的单空位，这解释了这种缺陷对磁性和输运性质的深刻影响。这一发现解决了离子辐照对石墨烯电子结构影响的现有不确定性。
2014-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Subwavelength THz imaging of graphene photoconductivity
使用空间结构的光泵浦脉冲与太赫兹探测脉冲，我们能够确定超快太赫兹光电导的空间变化与亚波长分辨率（75 $μm \approx λ/5$在0.8太赫兹）在平面石墨烯样品。我们将我们的结果与拉曼光谱进行比较，并将两种测量之间的空间不均匀性的存在关联起来。我们发现一个很强的相关性与电子密度的不均匀性。这证明了在CVD生长和光电导器件制造过程中消除掺杂密度不均匀性的重要性。
2016-10-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Imaging Andreev Reflection in Graphene
沿着弹道路径的相干电荷传输可以通过Andreev反射被引入石墨烯中，对于Andreev反射，电子从超导接触反射为空穴，而库珀对被传输。我们使用液氦冷却的扫描门显微镜（SGM）成像Andreev反射石墨烯在磁聚焦制度，其中载流子沿接触之间的回旋轨道移动。流动的图像是通过偏转载体路径和显示电导的变化而获得的。当电子进入超导体时，Andreev反射的空穴离开收集接触。为了测试结果，我们用大电流和加热到临界温度以上来破坏Andreev反射。在这两种情况下，反射的载流子从空穴变为电子。
2020-03-01 cond-mat.mes-hall
Imaging Stacking-Dependent Surface Plasmon Polaritons in Trilayer Graphene
利用散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）对ABA（Bernal）和ABC（菱面体）两种堆叠顺序的三层石墨烯（TLG）进行了纳米红外（IR）成像研究。利用在中红外波段工作的s-SNOM，我们在实空间中映射了ABA-TLG和ABC-TLG的表面等离子体激元（SPPs），它们可以通过电子门控进行调谐。通过对等离子体成像数据的定量建模，我们发现ABA-TLG的等离子体波长显著大于ABC-TLG的等离子体波长，导致相当大的阻抗失配，因此在ABA/ABC横向结处产生强等离子体反射。进一步的分析表明，这两种类型的TLG的不同的等离子体激元响应直接与它们的电子结构和载流子性质有关。我们的工作揭示了TLG的堆叠依赖的等离子体响应背后的物理机制，并揭示了TLG和ABA/ABC结在IR等离子体和平面纳米光学中的未来应用。
2023-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Imaging gate-induced molecular melting on a graphene field-effect transistor
固-液相变是基本的物理过程，但原子分辨显微镜尚未捕捉到这种转变的固体和液体动力学。我们已经开发出一种新技术，用于控制石墨烯场效应晶体管（FET）上的2D分子层的熔化和冻结，使我们能够通过原子分辨扫描隧道显微镜成像相变动力学。施加到F4 TCNQ修饰的石墨烯FET的背栅电压诱导电荷中性固相和带负电荷的液相之间的可逆转变。通过用电流快速加热石墨烯表面并对由此产生的朝向新的平衡态的演化进行成像，来可视化非平衡分子熔融动力学。已经开发了一个分析模型，解释所观察到的平衡混合态相的基础上，固体和液体分子能级的光谱测量。观察到的非平衡熔化动力学与蒙特卡罗模拟一致。
2022-11-23 cond-mat.mes-hall
Dynamic Imaging of Au-nanoparticles via Scanning Electron Microscopy in a Graphene Wet Cell
液体环境中的高分辨率纳米成像对于研究生物和化学系统中的分子相互作用至关重要。特别是，电子显微镜是纳米级成像的黄金标准工具，但其高真空要求使应用于液体样品极具挑战性。在这里，我们提出了一种新的基于石墨烯的湿电池装置，其中可以直接在液体环境内进行高分辨率SEM（扫描电子显微镜）和能量色散X射线（EDX）分析。石墨烯是一种理想的膜材料，因为其高透明度，导电性和机械强度可以支持SEM的高真空和接地要求，同时实现最大的分辨率和信号。特别地，我们获得了在石墨烯湿电池内经历布朗运动的纳米颗粒的高分辨率（< 5 nm）SEM视频图像和在液体环境中的纳米颗粒组合物的EDX分析。我们获得的分辨率超过目前的传统氮化硅器件在更高的电子剂量下在SEM和TEM中成像。
2015-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Direct imaging of magnetotransport at graphene-metal interfaces with a single-spin quantum sensor
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
本研究利用扫描单自旋量子磁力计在室温下实现石墨烯-金属混合器件磁输运的纳米级成像，观测到界面电流洛伦兹偏转，揭示输运特性的多重调控机制并实现接触电阻空间变化定量成像，为复杂电子输运研究提供新手段。
2025-11-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Imaging mechanical vibrations in suspended graphene sheets
我们进行了纳米机电系统的基础上，多层石墨烯片悬浮在氧化硅的沟槽测量。使用施加的射频电压在共振下静电驱动悬浮片的运动。使用一种新形式的扫描探针显微镜，它允许识别和空间成像的机械本征模式的形状检测的机械振动。在多达一半的谐振器测量，我们观察到一类新的异国情调的纳米级振动本征模式没有预测的弹性梁理论，振动的振幅是最大的自由边缘。通过模拟的悬浮片与有限元方法，这些边缘本征模式被证明是非均匀应力的结果，具有显着的大幅度（高达1.5 GPa）。这种不均匀的应力，这是由于石墨烯是通过将块状石墨压在另一个表面上或摩擦而制备的，在未来对石墨烯的电子和机械性能的研究中应该考虑到这一点。
2008-05-22 cond-mat.mes-hall
Determination of the STM tip-graphene repulsive forces by comparative STM and AFM measurements on suspended graphene
通过化学气相沉积生长的石墨烯被转移到平坦的金纳米岛的顶部，并通过扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）进行表征。石墨烯气泡形成有由纳米岛的尺寸和形状确定的横向尺寸。这些石墨烯气泡可以在STM成像期间使用小于250 mV的偏置电压和1 nA的隧道电流被挤压。类似地，当在低偏置电压（U = 30 mV）下成像时，悬浮在金纳米空隙上的石墨烯被STM尖端偏转4 - 5 nm。通过AFM进行的纳米压痕测量表明，石墨烯气泡的挤压发生在20 - 35 nN的排斥力下，并且这种力可以分别导致悬浮的石墨烯部件中的几个纳米的偏转。比较AFM和STM的结果，这项研究表明，10 e-8 N的顺序之间发生的STM针尖和石墨烯在环境成像条件和典型的隧道参数的机械力。
2016-09-14 cond-mat.mes-hall
Optical nano-imaging of gate-tuneable graphene plasmons
操纵光场和光的能量流的能力是现代信息和通信技术以及量子信息处理方案的核心。然而，由于光子不带电荷，因此迄今为止，通过电学手段有效地控制它们是难以实现的。实现光的电控制的一种有希望的方法可能是通过石墨烯中的等离子体激元-光子和载流子的耦合激发。在这种二维碳原子片中，预期等离子体激元及其相关的光场可以通过改变石墨烯载流子密度而容易地进行电调谐。虽然光学石墨烯等离子体共振最近已经被光谱学研究，但到目前为止还没有实验直接解决了真实空间中的传播等离子体。在这里，我们发射和检测传播光学等离子体在锥形石墨烯纳米结构，使用近场散射显微镜与红外激发光。我们提供了等离子体场分布的真实空间图像，并发现提取的等离子体波长非常短-比照明波长小40倍以上。我们利用这种强大的光场限制，将石墨烯纳米结构转变为具有极小模体积的可调谐共振等离子体腔。腔共振通过门控石墨烯原位控制，并且特别地，证明了等离子体激元模式的完全打开和关闭，从而为基于石墨烯的光学晶体管铺平了道路。纳米电子学和纳米光学之间的这种成功联盟使得能够开发前所未有的有源亚波长尺度光学器件和大量新颖的纳米光电子器件和功能，例如可调超材料、纳米级光学处理和用于量子器件和（生物）传感器的强烈增强的光-物质相互作用。
2012-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct Imaging of Coherent Quantum Transport in Graphene Heterojunctions
我们制作了一个石墨烯p-n-p异质结，并利用弱限制狄拉克准粒子的相干性来解决使用低温扫描门显微镜的潜在散射势。尖端引起的扰动的异质结修改共振散射的条件，使我们能够检测本地化的法布里-珀罗腔从焦点的晕扫描门图像。除了晕体，我们还观察到空间注册的物理边缘的石墨烯。通过量子输运模拟，我们将这些归因于由于静电场的聚焦而形成的细长空腔内的边缘处的修改的共振散射。
2014-08-08 cond-mat.mes-hall
Imaging the diffusive-to-ballistic crossover of magnetotransport in graphene
利用扫描隧道电位测量成像石墨烯中磁输运行为，揭示随磁场增强载流子从扩散到弹道输运的转变，并阐明高场下电位急剧变化源于载流子螺旋图运动导致的霍尔场局域增强。
2024-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Raman imaging of twist angle variations in twisted bilayer graphene at intermediate angles
由于出现了意想不到的材料性能，具有明确定义的各层晶格之间的扭转角的范德华层状材料引起了越来越多的关注。由于许多特性关键地取决于确切的扭转角及其空间均匀性，因此需要局部扭转角的快速且非侵入性的表征技术，优选地在堆叠之后立即应用。我们证明，当使用绿色激发激光时，可以利用共焦拉曼光谱在空间上映射堆叠双层石墨烯中的扭转角为6.5°至8°。扭转角可以直接从横向声学（TA）声子模的莫尔超晶格激活拉曼散射过程中提取。此外，我们表明，TA拉曼峰的宽度包含有价值的信息的空间扭曲角变化的长度尺度下的激光光斑尺寸为~ 500 nm。
2022-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-Resolution Scanning Tunneling Microscopy Imaging of Mesoscopic Graphene Sheets on an Insulating Surface
我们目前的扫描隧道显微镜（STM）图像的单层石墨烯晶体在超真空条件下检查。通过直接剥离单晶石墨在二氧化硅表面上制备横向尺寸在微米级的样品。使用拉曼光谱鉴定单层膜。单层样品的形貌图像显示了孤立石墨烯单层的完全六边形对称性所期望的蜂窝结构。在STM图像中没有可观察到的缺陷表明这些膜的高质量。还检查了由几层石墨烯组成的晶体。他们表现出显着不同的STM形貌，显示减少的三重对称性的块状石墨表面的特性。
2007-05-07 cond-mat.mes-hall
Imaging viscous flow of the Dirac fluid in graphene
预测电荷中性石墨烯中的电子-空穴等离子体将实现量子临界系统，其输运具有普适的流体动力学描述，即使在室温下。这种量子临界“狄拉克流体”的剪切粘度接近最小值，粒子间散射速率在普朗克时间$\hbar/(k_B T)$达到饱和。虽然在有限载流子密度下的电输运测量与石墨烯中的流体动力学电子流一致，但粘性行为的“吸烟枪”仍然难以捉摸。在这项工作中，我们直接图像粘性狄拉克流体流动在石墨烯在室温下通过测量相关的杂散磁场。利用金刚石中的氮空位（NV）中心实现的量子自旋磁强计进行纳米尺度的磁成像。扫描单自旋和宽场磁力仪揭示了一个抛物线Poiffille配置文件的电子流在石墨烯通道附近的电荷中性点，建立狄拉克流体的粘性传输。该测量与欧姆导体中成像的常规均匀流动轮廓形成对比。通过结合成像传输测量，我们得到的粘度和散射率，并观察到这些数量是可比的普遍预期值在量子临界。这一发现在室温下在中性石墨烯中建立了一种近乎理想的电子流体。我们的结果为研究强关联电子在高$T_c$超导体中的量子临界流体中的流体动力学输运铺平了道路。这项工作还突出了量子自旋磁力计探测纳米尺度相关电子现象的能力。
2020-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Atomic-scale imaging of graphene nanoribbons on graphene after polymer-free substrate transfer
Universidad de Granada（格拉纳达大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）；University of Bern（伯尔尼大学）；Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）
本研究利用STM/STS表征无聚合物湿法转移至石墨烯基底后的9-AGNRs，发现扶手椅型纳米带保持结构完整性而修饰边缘拓扑发生改变，并揭示费米能级对齐差异，为可靠集成原子级精确GNRs提供框架。
2025-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging reconfigurable molecular concentration on a graphene field-effect transistor
在真空中沉积到清洁表面上的吸附物的空间排列通常不能被可逆地调节。在这里，我们使用扫描隧道显微镜来证明沉积在石墨烯场效应晶体管上的分子表现出可逆的，电可调的表面浓度。在T = 4.5K时，在石墨烯FET上实现了对带电F4TCNQ分子表面浓度的连续栅极可调控制。这种能力使得能够精确控制石墨烯器件的杂质掺杂，并且还提供了一种基于分子浓度的栅极依赖性来确定分子能级对准的新方法。门可调的分子浓度可以解释为一个动态的分子重排过程，通过保持费米能级钉扎在器件衬底中，减少总的电子能量。在这种情况下，分子表面浓度完全由器件背栅电压、其几何电容以及石墨烯狄拉克点与分子LUMO能级之间的能量差决定。
2021-09-16 cond-mat.mes-hall
Imaging current flow and injection in scalable graphene devices through NV-magnetometry
针对可扩展工艺制备的石墨烯器件载流子路径难可视化的问题，利用高分辨率氮空位（NV）磁强计成像其电流流动，发现电子空穴区电流分布不对称、相同接触电荷流动差异及接触前数微米电流转移，确立该技术为表征二维材料器件的关键工具。
2025-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Imaging electrostatically confined Dirac fermions in graphene quantum dots
石墨烯中载流子的静电约束由Klein隧穿控制，Klein隧穿是一种相对论量子过程，其中粒子-空穴嬗变导致PN结边界处的不寻常的各向异性传输。在这些新的势垒的反射和透射应该会影响这些边界附近的电子波函数的量子干涉。在这里，我们报告的使用扫描隧道显微镜（STM）映射的狄拉克费米子的电子结构的圆形石墨烯PN结限制。这些有效的量子点是使用一种新技术制造的，该技术涉及在石墨烯单层下的绝缘衬底内局部操纵缺陷电荷。在这样的石墨烯量子点内部，我们观察到对应于准束缚态的能级，并且我们在空间上可视化受限电子的量子干涉图案。这些量子点外的狄拉克费米子表现出类似弗里德尔振荡的行为。支持的理论模型描述相对论粒子在谐振子势，我们的研究结果产生新的见解静电限制狄拉克费米子的空间行为。
2016-06-12 cond-mat.mes-hall
Imaging the Flow of Holes from a Collimating Contact in Graphene
使用液氦冷却扫描探针显微镜（SPM）对通过准直接触在石墨烯中形成的孔束进行成像。孔的平均自由程大于器械尺寸。在准直接触的两侧上的锯齿形图案吸收以大角度进入的孔。SPM尖端缺陷孔下方的图像电荷，并且通过显示相对侧上的触点之间的电导变化来成像流动的图案，因为尖端在样品上进行光栅扫描。通过用施加的磁场使孔轨迹远离接收触点弯曲来确认准直。SPM图像与射线追踪模拟吻合良好。
2019-12-29 cond-mat.mes-hall
