Graphene Gas Osmometers
在这里，它示出了在相同的压力下分离2种气体的石墨烯膜被渗透压偏转。渗透压是进入石墨烯封闭腔的气体渗透速率的差异的结果。通过干涉测量技术检测几层石墨烯膜的偏转，以测量它们的张力诱导的共振频率。使用谐振频率和压力之间的关系的校准测量，提取石墨烯上的时间依赖性渗透压。不同气体组合的渗透压显示出很大的差异，这可以通过基于不同气体渗透速率的模型来解释。因此，基于石墨烯膜的气体渗透压计具有~60 kHz/mbar的响应度和纳米尺度。
2016-06-17 cond-mat.mes-hall
What retards the response of graphene based gaseous sensor
由于石墨烯的单原子厚度，基于石墨烯的气体分子传感器应该是超灵敏和超快的，而响应并不快。通常，对于许多分子，例如CO、NH3、SO2、CO2和NO2等，测量的响应时间在分钟或更长的尺度上。在目前的工作中，我们通过\emph{ab initio}计算发现，存在大于0.7 eV的势垒，该势垒阻碍气体分子直接降落在石墨烯的缺陷位置并延迟响应。提出了一种有效的方法来解决这个问题，即用其他分子修饰石墨烯片以降低势垒，并通过用Fe2O3分子修饰的石墨烯片来证明，该石墨烯片显示出对H2S分子的快速响应，并且计算的响应时间接近于测量的响应时间，500 $μ$ s。
2019-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Two-dimensional few-atom noble gas clusters in a graphene sandwich
该研究在两层悬浮石墨烯之间制备 Kr 和 Xe 少原子团簇，利用透射电子显微镜直接揭示其原子结构，并发现小团簇遵循简单范德瓦尔斯排布，较大团簇出现边界偏离，同时观察到 Kr 团簇在约 0.3 GPa 下可发生固-流动态转变，为封装二维范德瓦尔斯固体的基础研究与应用开辟了新方向。
2023-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Novel behaviors of monolayer quantum gases on Graphene, Graphane and Fluorographene
本文讨论了亚单层量子膜（He和H2）在石墨烯和新发现的石墨烯衍生表面上的行为。在这些基底中有石墨烷（缩写为GH），其具有键合到每个C原子的H原子，以及氟代石墨烯（GF）。对于石墨的情况下，广泛的实验和理论研究表明，玻色气体4 He和para-H2的相图是定性相似的，不同的主要是在一个更高的特征温度范围为H2比他。这些膜在原始石墨烯的一侧或自支撑石墨烯的两侧上的相行为预计与石墨上的相行为类似。我们指出了在石墨烯上吸附的新现象的可能性，与石墨烯片的大的柔性有关，与吸附在片的相对侧上的原子之间的不可忽略的相互作用以及与吸附层对狄拉克电子的扰动效应有关。相比之下，在GF和GH表面上预测的行为与在石墨上的行为非常不同，这是由于不同的取向，即，这些气体所经历的电势的横向变化。由于这种新颖的几何形状和潜力，观察到独特的属性。例如，4 He薄膜在石墨上的基态是与衬底相当的二维（2D）晶体;而在GF和GH上，它被预测为各向异性超流体。在GF上，各向异性是如此极端，以至于旋转子激发是非常各向异性的，就好像玻色子沿着蜂窝晶格的键在多连通空间中移动。这种新相以前在任何基底上都没有被预测或观察到。此外，在3 He的情况下，薄膜的基态是流体，从而提供了研究具有可调密度的各向异性费米流体的可能性。
2013-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Preferential Gas Adsorption at the Graphene-Water interface
水与石墨烯的接触对于许多有前途的应用具有根本的重要性和极大的兴趣，但是石墨烯如何与水相互作用仍然不清楚。在这里，我们使用原子力显微镜来研究亲水性云母基板，其中一些区域被水中的机械剥离的石墨烯层覆盖。在接近饱和浓度（~40%）的水中，在石墨烯覆盖的区域观察到帽状纳米结构和有序的条纹畴，而在纯云母区域没有观察到。当样品浸入高度脱气的水中时，这些结构并没有出现在石墨烯上，这表明它们的形成是由溶解在水中的气体吸附引起的。因此，即使在20 nm的窄宽度下，原子级薄的石墨烯也会改变高度亲水性基底的局部表面化学。此外，表面疏水性显著影响气体吸附，这对水中的各种现象具有广泛的影响。
2016-04-11 cond-mat.mes-hall
Probing the Shape of a Graphene Nanobubble
实验观察到气体分子以气泡的形式被困在石墨烯和各种衬底之间。这些气泡的研究是有用的，在确定石墨烯的弹性和机械性能，石墨烯和衬底之间的粘附能，并通过应变工程操纵的电子特性。在我们的数值模拟中，我们使用一个简单的描述的弹性势和粘附能表明，对于小气泡（$\sim 10$ nm）的范德华压力是在1 GPa的顺序。这些气泡表现出普遍的形状行为，无论其大小，在最近的实验中观察到。我们的结果的形状和体积的被困气体可以确定通过振动态密度（VDOS）使用实验技术，如非弹性隧道和非弹性中子散射。捕获纳米气泡的石墨烯层中的弹性能量分布除了其边缘之外是均匀的，但是应变取决于气泡尺寸，因此气泡尺寸的变化允许控制电子和光学性质。
2017-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin epitaxial graphite: 2D electron gas properties and a route toward graphene-based nanoelectronics
我们已经制备了具有显著二维电子气（2DEG）行为的外延石墨薄膜。通过热分解在6 H-SiC的（0001）表面上生长了典型的由3个石墨烯片组成的薄膜，并通过表面科学技术对其进行了表征。的低温电导跨越的范围内的本地化制度根据结构状态（平方电阻1.5千欧姆至225千欧姆在4 K，具有正的磁导）。低电阻样品在二维上表现出弱局域化的特征，由此我们估计了弹性和非弹性的平均自由程。在低场下，霍尔电阻在高达4.5 T时是线性的，这可以通过每个石墨烯片的密度为10^{12} cm^{-2}的n型载流子来很好地解释。最高度有序的样品表现出Shubnikov-de Haas振荡，其对应于在霍尔电阻中观察到的非线性，表明潜在的新量子霍尔系统。我们表明，高迁移率的薄膜可以通过传统的光刻技术图案化，我们演示了调制的膜电导使用顶栅电极。这些关键元素表明基于纳米图案化外延石墨烯（NPEG）的电子器件应用具有大规模集成的潜力。
2004-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Casimir effects in systems containing 2D layers, like graphene and 2D electron gases
我们提出了各种方法来推导Casimir相互作用的平面系统包含二维层。这可以使用的示例是石墨烯、石墨烯样层和二维电子气。我们目前的结果为两个独立的层和一层以上的基板。结果可以很容易地扩展到具有更大层数的系统。
2014-09-09 cond-mat.mes-hall
Thermodynamic properties of the electron gas in multilayer graphene in the presence of a perpendicular magnetic field
多层石墨烯中电子气的热力学性质强烈依赖于层数和堆叠类型。在这里，我们分析了当我们改变菱面体堆叠的多层石墨烯的层数时，这些属性是如何变化的，并将我们的结果与传统的二维电子气的结果进行了比较。我们表明，高度简并的零能朗道能级，其中部分充满电子，部分与空穴有很强的影响，不同的热力学量的值。
2014-01-06 cond-mat.mes-hall
Tracking interfacial changes of graphene/Ge(110) during in-vacuum annealing
通过拉曼光谱获得的石墨烯质量指标已经与作为真空热退火的函数的石墨烯/锗界面的结构变化相关。具体地，发现石墨烯在650 °C下变得明显缺陷。通过结合扫描隧道显微镜、x射线光电子能谱学和近边x射线吸收精细结构谱，我们得出结论，这些缺陷是由于石墨烯/锗界面处捕获的H_{2}气体的释放。H_{2}气体是在Ge（110）表面的生长态氢终止转变为衬底中的表面重构出现之后产生的。有趣的是，在退火到800 °C时，在石墨烯中观察到完整的自修复过程。在石墨烯/锗界面处发生的微观变化与石墨烯的缺陷密度之间揭示的微妙相互作用对于推进石墨烯生长、受控的2D-3D异质材料界面和半导体上的集成制造技术是有价值的。
2022-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Selective Conduction of Organic Molecules via Free-Standing Graphene
通过分子动力学，在热梯度驱动下，在石墨烯衬底上的十种有机气体分子之间进行竞赛。观察到的分子的快速导电与芳香族化合物的选择性。这种选择性源于芳香分子的平面结构有助于保持与基底的较短距离，这是气固界面驱动力的关键。漂移速度随分子密度的降低而单调增加，即使对于单个分子也没有观察到弹道输运。发现了苯分子在大的热梯度下的非线性传导机制。在低温下，分子在石墨烯衬底中聚集并沿着特定的路径集体运动。
2020-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exceptional high Seebeck Coefficient and Gas-Flow-Induced Voltage in Multilayer Graphene
单层石墨烯的Seebeck系数是块状石墨的几倍，气流感应电压是块状石墨的20倍。在这里，我们发现，多层石墨烯的塞贝克系数随着层数的增加而单调增加，并在六层时达到峰值，比单层高约77%，然后降低，尽管电阻随着层数的增加而单调降低。在2、4、5、6、7层石墨烯中的流动诱导电压显著高于1、3、8层石墨烯，这与其应与塞贝克系数成比例的流行观点相反。这些厚度效应也与连续铝纳米膜形成鲜明对比。
2012-03-02 cond-mat.mes-hall
Plasmonic-based gas sensing with graphene nanoribbons
利用等离子体激元进行气体振动模式传感的主要挑战是气体物质的极弱红外吸收。在这项工作中，我们探讨了通过表面吸附，光学，或静电场捕获自由气体分子，以增强气体等离子体相互作用，提高等离子体传感能力的可能性。我们讨论了这些捕获力的相对强度，并发现在典型的纳米阵列等离子体设置中的气体吸附对于约千分之几水平的气体浓度产生0.1%量级的光学消光的可测量的下降。
2019-10-02 cond-mat.mes-hall
Large-Area Nanopatterned Graphene For Ultrasensitive Gas Sensing
通过球形嵌段共聚物蚀刻掩模对化学气相沉积的石墨烯进行纳米图案化。球形而不是圆柱形嵌段共聚物的使用允许厘米级区域的均匀图案化，而无需任何基底表面处理。拉曼光谱用于研究随着蚀刻时间增加石墨烯晶格中点缺陷的受控产生，证实了除了纳米网图案化之外，纳米图案化的CVD石墨烯在网孔之间呈现高缺陷密度。纳米图案化的样品显示出比非图案化的石墨烯高一个数量级以上的NO2的灵敏度。NO2浓度低至300 ppt的检测与几十个ppt的最终检测限。这是迄今为止报道的非UV照射的石墨烯化学电阻NO2气体传感器的最小值。气体灵敏度的急剧改善被认为是由于高的吸附位密度，由于边缘位和点缺陷位的组合。这项工作开辟了大面积制造纳米图案化石墨烯的可能性，其具有用于传感应用的极端密度的吸附位点。
2014-03-19 cond-mat.mes-hall
Scattering problems and boundary conditions for 2D electron gas and graphene
利用格林函数方法，得到了反射波的结构和坐标依赖性，以及石墨烯准粒子和二维电子气的边界条件。特别地，反射波函数包含与到石墨烯晶格边缘的距离成反比的项。利用简并微扰理论，由简并点处的Bloch函数导出了Dirac方程和锥点附近准粒子的波函数的动量依赖关系。所开发的方法允许制定的狄拉克方程的有效性标准，在一个相当简单的方式。
2018-11-22 cond-mat.mes-hall
Linear response function in the presence of elastic scattering: plasmons in graphene and the two-dimensional electron gas
在线性响应理论中，我们推导出一个响应函数，该函数充分考虑了弹性散射的影响，并且在长波长极限之外是有效的。我们将该理论应用于石墨烯和二维电子气（2DEG）中的等离子体激元，在随机相位近似下，对于前者考虑带内和带间激发。散射环修改的色散关系表明，低于临界散射强度$γ_c$，简单地与等离子体频率$ω$，没有等离子体是允许的。石墨烯中带内和带间跃迁的临界强度$γ_c$和允许的$(ω, q)$等离子体激元谱是不同的。在石墨烯和2DEG中，对于小的$ω$，强度$γ_c$迅速下降，但是对于大的$ω$，下降得慢得多。
2018-01-15 cond-mat.mes-hall
Electrically Tunable Four-Wave-Mixing in Graphene Heterogeneous Fiber for Individual Gas Molecule Detection
单个分子的检测是任何化学传感器的最终目标。在气体检测的情况下，这种分辨率已经在先进的纳米级电子固态传感器中实现，但到目前为止，在集成光子器件中还不可能实现，其中微弱的光分子相互作用通常被噪声隐藏。在这里，我们展示了一个方案，以产生超灵敏的下转换四波混频（FWM）的石墨烯双极结晶体管异质D形光纤。在通信频带中，当石墨烯费米能级接近0.4eV时，四波混频转换效率可以急剧变化。在此条件下，我们利用我们独特的两步光电外差探测方案，实现了真空中单个气体分子的实时探测。石墨烯强非线性、电可调谐性和全光纤集成的这种组合为多功能高性能石墨烯光子器件的设计铺平了道路。
2021-04-08 cond-mat.mes-hall
Methane and carbon dioxide adsorption on edge-functionalized graphene: A comparative DFT study
为了优化晶体和无序纳米多孔碳基材料中的气体储存和分离，我们使用从头算密度泛函理论计算来探索化学官能化对模型碳纳米结构内暴露边缘的气体结合的影响。我们测试的几何形状，能量，和电荷分布的平面内和平面外的结合CO2和CH 4的模型锯齿形石墨烯纳米带边缘官能化与COOH，OH，NH 2，H2 PO 3，NO2，和CH 3。虽然不同的选择的交换相关功能导致的结合能的值的传播，跨官能团的趋势在很大程度上保留了每个选择，作为吸附的气体分子的最终取向。我们发现CO2的结合超过CH 4的结合大约是2倍。然而，这两种气体遵循非常相似的趋势，在连接的官能团的变化，尽管不同的分子对称性。我们的研究结果表明，NH 2，H2 PO 3，NO2和COOH官能团的存在下，可以显着增强气体结合相对于氢钝化的边缘，使边缘潜在的可行的结合位点的材料中具有高浓度的边缘碳。一阶，面内结合强度与这些基团上较大的永久和诱导偶极矩相关。剪裁碳结构增加气体吸收和改善CO2/CH 4选择性的影响进行了讨论。
2012-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coulomb screening and collective excitations in a graphene bilayer
我们研究了石墨烯双层膜的库仑屏蔽特性和集体激发。静态屏蔽效应是各向异性的，并且在未掺杂的石墨烯双层中比在单层石墨烯中强得多[1]。动态屏蔽显示了狄拉克气体在低频的性质和费米气体在高频的性质。从狄拉克到费米气体的跃迁也在等离子体光谱中观察到。最后，我们发现掺杂的石墨烯双层中的电子气与含有两个能谷的材料中的费米气体具有非常相似的性质。
2006-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
The magnetic field particle-hole excitation spectrum in doped graphene and in a standard two-dimensional electron gas
从动力学极化率计算了掺杂石墨烯的粒子-空穴激发谱。我们研究了零和有限磁场的情况下，并比较它们的标准二维电子气。电子-电子相互作用的影响包括在随机相位近似。从得到的极化率，我们研究了屏蔽效应和集体激发（等离子体激元，磁激子，上杂化模式和线性磁等离子体激元）。我们强调与通常的2DEG的差异。
2009-11-09 cond-mat.mes-hall
Extreme sensitivity of graphene photoconductivity to environmental gases
石墨烯是一层共价键合的碳原子，8年前才被发现，但已经引起了广泛的研究和商业兴趣。最初的研究集中在其显著的电子性质，如无质量狄拉克费米子和半整数量子霍尔效应的观察。现在石墨烯正在触摸屏显示器中找到应用，作为高频晶体管和石墨烯集成电路的通道。在太赫兹频率电子学中使用石墨烯的独特性质的潜力特别令人兴奋;然而，探索石墨烯的太赫兹频率响应的初步实验才刚刚出现。在这里，我们表明，石墨烯在太赫兹频率下的光电导性被大气气体（如氮气和氧气）的吸附所显著改变。此外，我们观察到太赫兹受激发射的签名从气体吸附的石墨烯。我们的研究结果强调了环境条件对高速石墨烯基器件设计和制造的重要性。
2012-12-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Impermeable Atomic Membranes from Graphene Sheets
我们证明了单层石墨烯膜对包括氦气在内的标准气体是不可渗透的。通过在膜上施加压力差，我们测量了单层石墨烯的弹性常数和质量。这种加压石墨烯膜是世界上最薄的气球，并在两个不同的区域之间提供了一个独特的隔离屏障，只有一个原子厚。
2008-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering artificial graphene in a two-dimensional electron gas
在低能量下，掺杂石墨烯片中的电子表现得像无质量的狄拉克费米子，其费米速度不依赖于载流子密度。在这里，我们表明，调制一个二维电子气与长波长周期性的潜力与蜂窝对称性，可以导致创建孤立的无质量狄拉克点与可调费米速度。我们提供了详细的理论估计，以实现这样的人工类石墨烯系统，并讨论了在调制掺杂GaAs量子阱的实验实现。具有线性色散带的超高迁移率电子可能为半导体中的狄拉克-费米子物理研究开辟新的途径。
2009-04-27 cond-mat.mes-hall
Molecular Valves for Controlling Gas Phase Transport Made from Discrete Angstrom-Sized Pores in Graphene
精确调节分子通量的数量和位置的能力在纳米级3D打印、催化和传感器设计等应用中具有价值。含有具有分子尺寸的孔的阻挡材料先前已被用于操纵气相中的分子组成，但迄今为止还不能提供通过单个孔的受控气体输送。在这里，我们表明，通过单层石墨烯中离散的埃大小的孔的气体流量可以检测到，然后使用纳米大小的金簇进行控制，这些金簇形成在石墨烯的表面上，可以迁移并部分阻塞孔。在没有金簇的样品中，我们观察到的气体渗透，我们归因于分子重排的孔隙的大小的随机切换。例如，我们的分子阀可用于开发基于分子气体通量的可控切换的分子合成的独特方法，这让人想起生物细胞膜和固态纳米孔中的离子通道。
2015-07-08 cond-mat.mes-hall
Graphene Effusion-based Gas Sensor
多孔、原子级薄的石墨烯膜对于过滤和筛分应用具有令人感兴趣的性质，因为它们可以适应小的孔径，同时保持高的渗透性。因此，这些膜在新型气体和水净化应用中备受关注。在这里，我们表明，多孔石墨烯膜的原子厚度和高共振频率使得基于渗出的气体传感方法能够基于其分子质量来区分气体。石墨烯膜用于使用光热力将气体泵送通过纳米孔。通过监测驱动力和膜机械运动之间的时间延迟，各种气体的渗透时间常数被示出是显着不同的。所测量的渗出时间常数和分子质量的平方根之间的线性关系提供了一种基于其分子质量来感测气体的方法。所提出的基于微观渗出的气体传感器可以为基于质谱和光谱的大的、高功率的气体感测方法提供小的、低功率的替代方案。
2020-01-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Experimental Observation of Two Massless Dirac-Fermion Gases in Graphene-Topological Insulator Heterostructure
石墨烯和拓扑绝缘体（TI）具有不同物理性质的二维狄拉克费米子。将这两种狄拉克材料集成在一个设备中，为探索相互作用的无质量狄拉克费米子的新物理学创造了有趣的机会。在这里，我们报告了一个实际的路线，实验制造的石墨烯Sb 2 Te 3异质结构。石墨烯-TI异质结构通过使用化学气相沉积生长的石墨烯膜的干法转移来制备。ARPES测量证实了石墨烯的Sb 2 Te 3和Dirac π带的拓扑表面态的共存，并确定了石墨烯-TI异质结构中的扭曲角。结果表明，一个潜在的可调电子平台，其中两个不同的狄拉克低能态主导的输运行为。
2015-11-08 cond-mat.mes-hall
Enhancing the response of NH3 graphene-sensors by using devices with different graphene-substrate distances
石墨烯（G）是一种具有特殊传感特性的二维材料。通常，石墨烯气体传感器以场效应晶体管配置在几个衬底上生产。衬底对传感器特性的作用尚未完全确定。为了进一步了解氨分子（NH3）和石墨烯器件之间的相互作用，我们报告了NH3石墨烯传感器的实验和理论研究，石墨烯支撑在三个衬底上：SiO2，滑石和六方氮化硼（hBN）。我们的研究结果表明，从NH3到石墨烯的电荷转移不仅取决于外部参数，如温度和气体浓度，但也对石墨烯片和衬底之间的平均距离。我们发现，石墨烯和hBN晶体之间的平均距离是最小的三个基板中，和石墨烯-氨气传感器的基础上的G/hBN异质结构表现出最快的恢复时间为NH3暴露，并轻微受潮湿或干燥的空气环境。此外，石墨烯-氨传感器对不同基底的依赖性表明，石墨烯传感器对NH3分子表现出两种不同的吸附过程：一种在石墨烯表面的顶部，另一种在其靠近基底的底部。因此，我们的研究结果表明，衬底工程对石墨烯基气体传感器的开发至关重要，并为更快的传感器指明了其他途径。
2018-03-27 cond-mat.mes-hall
Spin waves in doped graphene: a time-dependent spin-density-functional approach to collective excitations in paramagnetic two-dimensional Dirac fermion gases
在自旋极化巡游电子系统中，集体自旋波模是由动力学交换和关联（xc）效应引起的。在这里，我们考虑自旋波在掺杂的顺磁性石墨烯可调塞曼型带分裂。自旋波描述使用时间相关的自旋密度泛函响应理论，治疗动态xc的斯莱特和Singwi-Tosi-Land-Sjolander近似内的影响。我们获得了自旋波色散和自旋刚度作为掺杂和自旋极化的函数，并讨论了其实验观察的前景。
2021-09-30 cond-mat.mes-hall
Plasmons at the LaAlO$_3$/SrTiO$_3$ interface and Graphene-LaAlO$_3$/SrTiO$_3$ double layer
我们研究了二维电子气在带绝缘体$\rm{LaAlO_3}$和$\rm{SrTiO_3}$（LAO/STO）界面的等离子体激元模式以及石墨烯-LAO/STO双层的等离子体激元激发。在无规相位近似下考虑电子-电子相互作用，数值计算了两个系统的等离子体色散，得到了在长波极限下的集体模的解析表达式，预测了LAO/STO系统的一个光学模和两个（三）声学模（石墨烯-LAO/STO）系统，其中只有两个系统的最高声学模式可以出现在电子上方。孔连续体取决于每个系统的特性。在LAO/STO界面的情况下，由于$\rm{t_{2g}}$轨道之间的空间分离，上声学模式可能在长波长极限处是无阻尼的，这取决于$\rm{SrTiO_3}$的介电常数的精确值。与其他双层系统一样，石墨烯-LAO/STO系统的层间距离在阻尼上声学模式中起着至关重要的作用。与用传统的2DEG代替$\rm{t_{2g}}$电子气的系统相比，本双层系统的所有等离子体激元模式的更快阻尼也被发现是由于气体的更重的有效质量和更强的层间库仑相互作用。
2017-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Growth Dynamics and Gas Transport Mechanism of Nanobubbles in Graphene Liquid Cells
气泡的形成、演化和消失是自然界中常见的现象，在沸腾或下落的水、碳酸饮料、气体形成的电化学反应等中可以很容易地观察到。然而，由于缺乏适当的成像工具可以可视化液相中的纳米级物体，因此纳米级气泡的形态和生长动力学尚未得到充分研究。在这里，我们证明，第一次，在水中的纳米气泡封装的石墨烯膜可以通过原位超真空透射电子显微镜（UHV-TEM）可视化，显示临界半径的纳米气泡决定其不寻常的长期稳定性，以及两个不同的增长机制合并纳米气泡（奥斯特瓦尔德熟化和聚结）取决于它们的相对大小。有趣的是，通过纳米气泡界面处的纯水膜的气体传输没有溶解，这明显不同于包括冷凝、传输和蒸发的常规气体传输。我们的发现有望为理解涉及纳米气体状态的不寻常的化学，生物和环境现象提供更深入的见解。
2014-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Spin-to-Charge Conversion in 2D Electron Gas and Single-layer Graphene Devices
我们研究的自旋电荷转换出现从一个介观器件连接到多个终端。得到了低温下两种弹道混沌量子点的自旋电荷转换特征系数的解析表达式。我们进行了分析图解计算的二维电子气和单层石墨烯的普遍制度，具有强的自旋轨道相互作用的普遍制度。此外，我们的分析结果证实了数值模拟。最后，我们将我们的分析结果与最近的实验措施联系起来，对它们之间的明显差异给出了概念上的解释。
2017-12-13 cond-mat.mes-hall
Modeling of gas adsorption on graphene nanoribbons
我们提出了一个理论来研究气体分子在扶手椅型石墨烯纳米带（AGNR）上的吸附，通过应用\emph{ab} \emph{initio}计算结果的单带紧束缚近似。此外，计算中还考虑了边缘态对AGNR电子性质的影响。在假定气体分子以均匀概率分布吸附在带状位上的条件下，考察了该方法对几种简单气体分子（CO，NO，CO $_2$，NH $_3$）在10-AGNR上有限浓度吸附的适用性.结果表明，CO和NO分子的吸附贡献态主要集中在带隙中心附近，说明CO $_2$和NH $_3$分子的吸附分别作为受体和供体，不能显著增强体系的电荷输运.在低气体浓度下，该理论的计算结果与密度泛函理论的计算结果符合得很好。
2010-02-20 cond-mat.mes-hall
Proton and Li-Ion Permeation through Graphene with Eight-Atom-Ring Defects
无缺陷的石墨烯对气体和液体是不可渗透的，但对热质子是高度可渗透的。原子级缺陷，如空位，晶界和斯通-威尔士缺陷，预计将提高石墨烯的质子渗透性，甚至可能允许小离子通过，而较大的物种，如气体分子应保持封锁。到目前为止，这些期望尚未在实验中得到验证。在这里，我们发现具有高密度原子级缺陷的原子级薄碳膜继续阻止所有分子传输，但它们的质子渗透性比无缺陷石墨烯高约1,000倍。锂离子也可以渗透通过这种无序的石墨烯。增强的质子和离子渗透性归因于高密度的8-碳原子环。与石墨烯的6原子环相比，后者对进入的质子造成大约两倍低的能量势垒，并且对Li离子造成约0.6 eV的相对低的势垒。我们的研究结果表明，无序石墨烯可以作为各种锂离子和氢技术中的膜和保护屏障。
2020-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly Sensitive Gas and Temperature Sensor Based on Conductance Modulation in Graphene with Multiple Magnetic Barriers
推导了有限温度下磁垒阵列调制石墨烯的电子和输运性质。在周期性阵列的情况下，发现了源于量子干涉效应的显著电导间隙。当在阵列中插入结构缺陷时，高电导的尖锐缺陷模式出现在电导间隙内。这些模式可以通过在缺陷区域中的局部掺杂而移位，从而导致对粘附在石墨烯片上的化学分子的感测。在一般情况下，它被发现的灵敏度是强烈依赖于温度，由于平滑的缺陷引起的峰值和运输间隙。然而，这种温度依赖性提供了亚mK温度感测分辨率的附加能力，从而为超灵敏组合电化学-量热感测提供了机会。
2015-04-29 cond-mat.mes-hall
Ion irradiation tolerance of graphene as studied by atomistic simulations
由于石墨烯对气体分子是不可渗透的，同时对高能离子是透明的，因此已建议将其作为用于将高真空离子束系统与保持在环境条件下的靶分离的窗口材料。然而，石墨烯膜中的辐射诱导损伤的积累可能导致其机械失效。使用原子模拟，我们表明，即使在高空位浓度的辐照石墨烯没有显示出这种不稳定的迹象，表明石墨烯窗口的相当大的鲁棒性。我们进一步表明，在石墨烯的辐射损伤的上限和下限的估计可以使用一个简单的模型。
2012-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dimension-and lattice-diversified Coulomb excitations in3D,2D,1D-nanotube electron gases,graphene and carbon nanotube
库仑场散射引起的基元电子激发在三维、二维、一维纳米管电子气、石墨烯和碳纳米管中表现出多种多样的现象。关键机制包括尺寸依赖的裸库仑势，能量色散，和自由/价载流子密度。它们负责的主要功能，可用的激发通道（电子空穴区域），联合范霍夫奇点，无阻尼/阻尼集体激发在小/足够高的转移动量，动量依赖的等离子体频率（声学和光学模式），和它们的类别（带内和带间π-带等离子体）。各种制度之间存在着某些显著的相似性和差异性。（动量/角动量，频率）-激发相图直接反映在等离子体波的传播。
2020-04-13 cond-mat.mes-hall
Friedel oscillations in a two-dimensional electron gas and monolayer graphene with a non-Coulomb impurity potential
本文在线性响应理论下研究二维电子气与单层石墨烯中非库仑幂律杂质势引发的 Friedel 振荡，发现远距离处 η 只改变振幅而不影响相位，并在 η=1 时恢复库仑势结果。
2025-08-30 cond-mat.mes-hall
First-principles calculations of graphene nanoribbons in gaseous environments: Structural and electronic properties
利用密度泛函理论系统地研究了石墨烯纳米带在典型大气分子存在下的稳定性。计算了H、H $_2$、O、O $_2$、N $_2$、CO、CO $_2$和H $_2$ O钝化的五种不同边缘构型的边缘形成自由能.除了众所周知的氢钝化扶手椅和锯齿形边缘，我们发现由氧原子饱和的锯齿形边缘在大气条件下特别稳定。氧的饱和导致严格局限于氧原子上的金属态的形成。最后计算了氢、氧钝化薄带的振动谱，并进行了比较。
2010-10-26 cond-mat.mes-hall
Spintronic properties of one-dimensional electron gas in graphene armchair ribbons
利用有效质量方法（EMA）研究了石墨烯扶手椅带中一维电子气在电子只占据最低传导子带时的磁性.我们发现，一维电子气的磁性可能敏感地依赖于带的宽度。对于带宽度$L_x=3Ma_0$，临界点将铁磁态和顺磁态分开，而对于$L_x=(3M+1)a_0$，顺磁态是稳定的（$M$是整数，$a_{0}$是晶胞的长度）。这些宽度相关性质是本征态的结果，本征态具有$\mathbf{K}$和$\mathbf{K'}$态的微妙宽度相关混合，并且可以通过检查多体交换自能表达式中出现的波函数重叠来理解。铁磁和顺磁状态可以用于自旋电子学目的。
2012-09-17 cond-mat.mes-hall
An In-situ Annealing effect of Graphene-Graphene Interlayer Conduction
报道了扭曲双层石墨烯的层间距调制。这是通过原位退火技术实现的。基于实验结果，报道了SiO2表面扭曲双层CVD石墨烯系统真空和氢气退火效应的转变。在扭曲双层器件中观察到非相干层间导电。原位退火有效地去除了石墨烯-石墨烯界面中的残留物并增强了层间导电性。我们证明了石墨烯-石墨烯层间电阻在5 K下由磁铁矿的顺序调制。我们还报道了在大气压下，使用栅压依赖电阻作为温度的函数，分子氢在石墨烯夹层上的行为。据观察，在氢气/氩气环境中的层间传导降低。结果表明，石墨烯-石墨烯结的层间距离的调制，如通过输运测量研究所确定的。总的来说，这一结果导致了使用扭曲双层石墨烯制造电可调器件的可能性。
2019-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
From laterally modulated two-dimensional electron gas towards artificial graphene
在GaAs/Al $_x$ Ga $_{1-x}$ As异质结构中用刻蚀的六方超晶格测量了回旋共振的远红外透射。观察到共振位置对磁场的非线性依赖性以及其分裂成几种模式。我们的解释，微扰计算的基础上，描述了所观察到的现象作为一个弱的影响的横向潜力的二维电子气。使用这种方法，我们发现了横向图案化的参数之间的相关性和所产生的有效电位，从而获得有关如何调整的电子能带结构的见解。使用简化模型计算了迷你带色散，并使我们能够制定四个基本标准，这些标准必须满足才能在此类系统中达到石墨烯类物理学。
2011-12-16 cond-mat.mes-hall
Graphene-like metallic-on-silicon field effect transistor
在这篇手稿中，我们提出了一个场效应晶体管的通道组成的二维电子气位于之间的界面金属Ni膜和p型Si（111）衬底。我们已经证明了二维电子气通道是由栅极电压调制。漏极电流对漏极电压的依赖性没有饱和区域，类似于基于石墨烯的场效应晶体管。然而，这种晶体管中的输运不是像石墨烯中那样的双极，而是单极。
2012-02-20 cond-mat.mes-hall
Influence of spatially varying pseudo-magnetic field on a 2D electron gas in graphene
研究了变化的赝磁场（其为$1/x^2$）对石墨烯中二维电子气的影响。通过对二阶Dirac方程的研究，我们证明了它的正确通解是可能呈现奇异波函数的通解，因为弹性形变引起的场发散为$x\rightarrow0$。我们表明，只有这样的考虑产生已知的相对论朗道能级时，我们删除这样的弹性场。我们观察到零朗道能级在一定值时不能发展，并推测了这些事实对石墨烯上量子霍尔效应的影响。我们还分析了相对论回旋频率的变化。我们希望我们的工作在这些背景下进行探索，因为石墨烯在电子应用方面具有巨大的潜力。
2015-01-28 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Electronic correlations in epitaxial graphene: Mott states proximitized to a relativistic electron gas
本研究通过在SiC(0001)上的石墨烯缓冲层间插入Sn实现邻近耦合，探索了关联二维电子气体与Dirac金属的耦合，成功在界面稳定了表现出Mott-Hubbard能带的Sn-$\sqrt{3}$超晶格结构，并发现了依赖杂化强度与掺杂水平的费米能级附近准粒子峰。
2024-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Electronic transport in graphene-based heterostructures
虽然氮化硼（BN）衬底已被用于在石墨烯场效应晶体管中实现高电子迁移率，但尚不清楚其他层状二维（2D）晶体如何影响石墨烯的电子性能。在这封信中，我们研究了二维BN，硒化镓（GaSe）和过渡金属二硫属化物（二硫化钨（WS 2）和二硫化钼（MoS 2））晶体的表面形貌及其对石墨烯电子质量的影响。原子力显微镜分析表明，这些晶体具有改善的表面粗糙度（均方根（rms）值只有~ 0.1 nm）相比，传统的二氧化硅基板。虽然我们的结果证实石墨烯器件在BN衬底上表现出非常高的电子迁移率，但WS 2衬底上的石墨烯器件（G/WS 2）同样有希望实现高质量的电子传输（在RT下约38，000 cm 2/Vs），其次是G/MoS 2（约10，000 cm 2/Vs）和G/GaSe（约2，200 cm 2/Vs）。然而，我们观察到一个显着的不对称性，在G/WS 2和G/MoS 2异质结构中的电子和空穴传导，最有可能是由于在衬底晶体中的硫空位的存在。观察到GaSe晶体即使在环境条件下也会随时间降解，导致石墨烯传输的大滞后，使其成为不太合适的衬底。
2014-06-10 cond-mat.mes-hall
Ultra-sensitive and Wide Bandwidth Thermal Measurements of Graphene at Low Temperatures
石墨烯是一种在室温附近具有优异的电子性质和优异的热输运性质的材料，这已经得到了很好的研究和理解。然而，在非常低的温度下，热力学和热传输性质的研究要少得多，并且有些令人惊讶的是，预计会表现出极端的热隔离。在这里，我们展示了一个超灵敏，宽带宽的测量方案，探测石墨烯的电子气的热输运和热力学性质。我们采用微波频率下的约翰逊噪声测温法，灵敏地测量了电子气的温度，分辨率为$4 mK/\sqrt{Hz}$，带宽为80 MHz。我们测量了电荷密度为$2\cdot 10^{11} cm^{-2}$的电子-声子耦合。利用测辐射热混合，我们感测到的温度振荡周期为430 ps，并已确定的电子气的热容量为$2\cdot 10^{-21} J/(K\cdot μm^2)$在5 K，这是一致的二维，狄拉克电子气。这些测量表明，石墨烯基器件与宽带噪声测温技术一起可以在超灵敏测辐射热法、量热法、微波和太赫兹光探测以及测辐射热混合等领域产生实质性进展，以应用于观测天文学和量子信息及测量等领域。
2012-05-30 cond-mat.mes-hall
Collisionless Hydrodynamics of Doped Graphene in a Magnetic Field
用无碰撞流体力学方法研究了石墨烯中二维无质量费米子气体的电动力学性质。一个低能量的色散关系的集体模式（等离子体激元）的情况下，并在存在一个垂直的磁场。石墨烯的结果进行比较，为一个标准的二维气体的大量电子。我们进一步比较了经典流体力学方法的结果在随机相位近似的全量子力学计算。低能量色散关系示出在小波矢量是一个很好的近似。这种方法在高阶的局限性进行了讨论。
2013-05-07 cond-mat.mes-hall
Behavior of implanted Xe, Kr and Ar in nanodiamond and thin graphene stacks: experiment and modeling
注入和随后的行为的重稀有气体（Ar，氪，氪）在几层石墨烯片和纳米金刚石研究使用计算方法和实验使用X射线吸收光谱。X射线吸收光谱提供了大量的支持，作为一个主要网站的Xe空位（Xe-V）缺陷的纳米金刚石。结果表明，薄石墨烯堆中的惰性气体使层变形，形成凸起。放置在平坦石墨烯片之间的离子的能量明显低于具有高曲率的域中的能量。然而，如果离子被捕获在弯曲的区域中，则需要相当多的额外能量来使其移位。
2021-09-04 cond-mat.mes-hall
Sarin and Air Permeation Through a Nanoporous Graphene
沙林毒气是一种危险的化学战剂（CWA）。它是一种神经毒剂，能够在15分钟内使人死亡。空气中沙林分子的致死浓度约为30毫克/立方米。对这种气体的实验研究需要非常谨慎的处理和储存安全协议。因此，对沙林毒气的理论和计算研究是非常受欢迎的，并可能提供重要的安全指导，对这种致命物质的管理。在这项工作中，我们研究了沙林，空气和纳米多孔石墨烯之间的相互作用，使用经典的分子动力学模拟的工具。为了在石墨烯选择性过滤沙林的可能性中投下一些光，我们设计了一个中间放置多孔石墨烯纳米片的二分模拟盒。沙林和空气分子最初只放在盒子的一侧，以便产生一个初始压力，使两者都能通过另一侧。盒子的尺寸是这样选择的，石墨烯上的洞是沙林和空气分子到达盒子另一边的唯一可能途径。在10 ns的模拟期间监测通过石墨烯中的孔的分子的数量，并比较不同温度的结果。结果表明，只要孔的尺寸很小，石墨烯和分子之间的范德华力在室温下将沙林保持在石墨烯附近起着重要作用。
2020-07-16 cond-mat.mes-hall
Ground State thermodynamic and response properties of electron gas in a strong magnetic and electric field: Exact analytical solutions for a conventional semiconductor and for Graphene
研究了极强电场（E场）对垂直磁场中二维无自旋电子气（量子霍尔效应（QHE）组态）的基态能量和输运性质的影响.对于传统的半导体，我们发现霍尔电导率的分数值和一些磁电系数的某些值的E和B场，不产生的相互作用或杂质，但一个足够强的平面内E场的纯粹后果。我们还确定解析的基态能量，和响应特性，如磁化强度和极化作为电磁场的函数在强E场限制。在石墨烯的情况下，我们获得了更复杂的行为，导致不合理的霍尔值的可能性。结果也定性地讨论了各种机制的QHE击穿。
2016-08-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
First-Principles Investigation of Multimodal Toxic Gas Sensing in Carbon-Tuned hBN-Graphene Alloys: Chemiresistive, Work-Function, and Optical Responses
本研究通过第一性原理计算，发现碳调控的hBN-石墨烯合金（BNGr-2和BNGr-3）对多种有毒气体具有化学电阻、功函数和光学多模式传感能力，其中BNGr-2对Cl2、CO、CO2、HCN传感性能最佳，且气体在425 K下可完全脱附。
2026-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Adsorption and Dissociation of Toxic Gas Molecules on Graphene-like BC3: A Search for Highly Sensitive Molecular Sensors and Catalysts
采用第一性原理密度泛函理论（DFT）研究了有毒气体分子（NO、CO、NO2和NH3）在类石墨烯BC 3上的吸附行为.计算了最稳定的吸附构型、吸附能、结合距离、电荷转移、电子能带结构和电导调制，深入了解了上述分子对BC 3单分子层电子和输运性质的影响。类石墨烯BC 3单层是具有0.733 eV带隙的半导体。半金属石墨烯对上述分子具有低灵敏度。然而，发现所有上述气体分子以小于-1eV的吸附能化学吸附在BC 3片上。NO2气体分子通过吸附过程完全解离成NO和O物种，而其他气体分子保持其分子形式。CO和NH3气体分子吸附在BC 3上的电荷转移量被发现是小的。因此，由于与CO和NH3的相互作用，BC 3的带隙变化仅为4.63%和16.7%，表明基于BC 3的传感器分别对CO和NH3具有低和中等的灵敏度。相反，在NO或NO2吸附在BC 3上时，大量电荷从分子转移到BC 3片上，引起载流子-金属转变。结果表明，BC 3为基础的传感器具有很高的潜力，NO检测由于显着的电导变化，中等的吸附能，和短的恢复时间。更令人兴奋的是，BC 3可能是分解NO2气体分子的催化剂。我们的研究结果揭示了石墨烯类BC 3作为NO和NH3检测的高灵敏度分子传感器和NO2解离催化剂的潜力
2017-06-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.comp-ph
Nonequilibrium effective vector potential due to pseudospin exchange in graphene
我们表明，交换相互作用的二维电子气体平衡可以产生一个虚构的矢量势与有趣的签名在干涉和霍尔测量。详细的预测石墨烯，其中的效果是增强的赝自旋交换。
2007-11-27 cond-mat.mes-hall
Two-Dimensional Gas of Massless Dirac Fermions in Graphene
材料的电子性质通常由准粒子来描述，准粒子表现为具有有限质量的非相对论性电子，并遵守薛定谔方程。在这里，我们报告了一个凝聚态系统，其中电子输运基本上由狄拉克方程控制，载流子模拟相对论粒子，质量为零，有效“光速”c* ~ 10^6 m/s。我们对石墨烯（碳的单原子层）的研究揭示了二维（2D）狄拉克费米子的各种不寻常现象。特别地，我们已经观察到：a）石墨烯中的整数量子霍尔效应是反常的，因为它发生在半整数填充因子处; b）石墨烯的电导率从不低于对应于电导量子e^2/h的最小值，即使当载流子浓度趋于零时; c）石墨烯中具有能量E的无质量载流子的回旋质量m由方程E =mc*^2描述;以及d）石墨烯中的Shubnikov-de Haas振荡由于Berry相而表现出π的相移。
2005-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el gr-qc
