Suppression of spin-polarization in graphene nanoribbon by edge defect and impurity
我们研究了边缘缺陷（空位）和杂质（替代掺杂剂）对锯齿形边缘石墨烯纳米带（GNRs）中自旋极化鲁棒性的影响，采用密度泛函理论计算。我们发现自旋态的稳定性和它的磁矩随缺陷或杂质浓度的增加而不断降低。该系统通常在每10埃一个边缘缺陷（杂质）的浓度下变成非磁性的。自旋抑制被证明是由减少和删除的费米能量的边缘状态。我们的分析意味着一个重要的标准GNR样品的自旋电子学应用。
2008-02-21 cond-mat.mtrl-sci
A Record-High Ion Storage Capacity of T-Graphene as Two-Dimensional Anode Material for Li-ion and Na-ion Batteries
近年来，开发具有高性能，特别是具有高离子存储容量的可应用的二维（2D）电极材料已成为越来越令人着迷的追求。基于第一性原理计算，我们报道了一种新型碳基二维材料T-石墨烯具有创纪录的Li/Na存储容量。T-石墨烯对Li的容量高达2233.2 mA h g-1，对Na的容量可达2357.2 mA h g-1，是商用石墨的6倍，是迄今为止鉴定的2D负极材料中最高的。研究表明，T型石墨烯的储能能力主要得益于其较低的原子质量和特殊的周期性晶格结构。T-石墨烯不仅具有储能容量，而且具有稳定的离子吸附、良好的导电性、快的离子扩散速度和低的开路电压等优点，是锂离子电池和钠离子电池储能容量的优良负极材料。
2020-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Crystallization of diamond-like carbon to graphene under low energy ion beam modification
提出了低能离子束改性在绝缘的类金刚石碳膜的顶部产生石墨烯。在这种低温制造过程中，由于点缺陷的产生和离子轰击引起的增强扩散，无定形碳的表面可以结晶为石墨烯。在实验中，使用130 eV氩离子照射。改性后样品表面电阻率下降。在633 nm处测量的样品的拉曼光谱显示部分结晶，并且与缺陷石墨烯的光谱相似。这一结果非常令人鼓舞，我们希望通过改进这一技术，将有可能制造出无缺陷的石墨烯，这种石墨烯可以用于电子产品，而不需要转移到其他衬底上
2011-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the effect of varying regime of ion fluence on optical and surface electronic properties of CVD Grown Graphene
在这项工作中，依赖于离子注量的缺陷的形成对石墨烯表面的电子和光学性质的改性的效果进行了研究。采用不同注量的快重离子（70 MeV Si+5）辐照化学气相沉积（CVD）石墨烯，研究了其表面缺陷的形成机制及其对石墨烯表面电子性质如功函数的调节作用.在低离子剂量下，观察到通过空位产生的受体掺杂;而在较高剂量下实现了密集的电子激发主导的扩展缺陷，这随后将结晶石墨烯转化为无定形碳。紫外-可见光谱、拉曼光谱和扫描开尔文探针显微镜（SKPM）的结果支持这一事实。因此，探索了一种新的途径，在SHI辐照下的石墨烯的转变，离子剂量可能是实现在石墨烯中的几个效果的主要因素。
2022-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Ion-ion correlations across and between electrified graphene layers
当离子液体吸附到多孔电极上时，由于金属表面对库仑相互作用的屏蔽以及电极形态对其施加的限制，其离子排列被深度修改。特别是，相同电荷的离子可以紧密接触，导致超离子态的形成。置于两个液相之间的带电表面的影响还不太清楚。在这里，我们模拟了由1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和纳米多孔石墨烯电极制成的全超级电容器，石墨烯片之间的距离不同。通过允许碳电荷波动，电极保持在恒定电位。在强约束条件下，我们表明，相同电荷的离子往往吸附在前面的整个石墨烯平面。这些相关性是通过在离子之间的碳原子上形成高度局部化的图像电荷来实现的。当液体在石墨烯片之间采用双层结构时，它们在较大的孔中被抑制。这些效应在性质上类似于最近的模板效应，该模板效应在石墨烯衬底上纳米晶体的生长期间已被报道。
2018-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Damage in graphene due to electronic excitation induced by highly charged ions
石墨烯预期对电离粒子辐射相当不敏感。我们证明，单层剥离的石墨烯维持与缓慢的高电荷离子的照射显着的损害。我们研究了不同电荷态（q = 28-42）、动能E_kin = 150-450 keV的高电荷态离子辐照石墨烯后的离子感生变化。原子力显微镜图像显示，离子诱导的缺陷是不是地形的性质，但有关的摩擦的显着变化。为了产生这些缺陷，需要最小电荷状态。除了这种阈值行为，所需的最小电荷状态以及缺陷直径显示出强烈的依赖于弹丸的动能。从缺陷直径对弹丸速度的线性依赖性，我们推断，电子激发所引发的入射离子在表面上的阶段发挥主导作用，这种意想不到的缺陷在石墨烯中的创建。
2013-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Current injection by coherent one- and two-photon excitation in graphene and its bilayer
单层和双层石墨烯中的光注入载流子分布的相干控制允许电流的注入。使用紧束缚模型和费米黄金法则，我们推导出的载流子和光电流密度通过干涉的量子振幅的双光子吸收在一个基频，$ω$，和单光子吸收在第二谐波，$2ω$。在共圆和线性极化下注入强电流。相反，相反的圆极化不产生净电流。对于单层石墨烯，电流的大小不受线性偏振轴旋转的影响，与双层和传统半导体相反。光电流对线性偏振轴的依赖性是AB堆叠的多层石墨烯中层间耦合的清晰且可测量的特征。我们还发现单层和双层石墨烯在双光子吸收中表现出强烈的，明显的线性-圆二色性。
2011-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Unzipping graphene: Extendend defects by ion irradiation
石墨烯未来的许多应用都需要在其完美的晶格中可控地引入缺陷。高能离子提供了一种实现这一具有挑战性的目标的方法。具有100 MeV范围内的动能的单个重离子将在电介质上产生纳米尺寸的缺陷，但通常不在晶体金属表面上产生。在金属中，离子诱导的电子激发在能量转移到晶格原子之前被传导电子有效地耗散。因此，除了点缺陷的产生之外，石墨烯预计不会是辐射敏感的。在这里，我们表明，介电基板上的石墨烯维持重大修改，如果在倾斜角度下照射。由于石墨烯层中的缺陷产生和衬底中的小丘产生的组合，石墨烯沿着离子轨道分裂和折叠，产生双层纳米带。我们的研究结果表明，石墨烯器件的辐射硬度是值得怀疑的，但也开辟了一种新的方式，以可控的方式引入扩展的低维缺陷。
2010-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Probing of valley polarization in graphene via optical second-harmonic generation
石墨烯中的谷极化打破了反转对称性，因此导致二次谐波产生。我们提出了一个完整的理论，这种效果在单粒子近似。它表明，这可能是一个敏感的工具，以测量谷极化创建，例如，通过偏振光，并且因此可以用于石墨烯中的超快谷电子学的开发。
2014-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene magnetoresistance in a parallel magnetic field: Spin polarization effect
我们开发了一个理论，石墨烯磁输运的载流子自旋极化的存在下诱导，例如，通过应用平行于2D石墨烯层的平面内磁场（$B$）。我们预测对于本征石墨烯的负磁阻$σ\propto B^2$，但是对于非本征石墨烯，我们发现非单调磁阻，其在较低的磁场（低于全自旋极化）下为正，并且在非常高的场（高于全自旋极化）下为负。少数自旋带$(-)$电子的电导率不会随着少数载流子密度（$n_-$）变为零而消失。在$n_- = 0$处的$(-)$电子的剩余电导率对于石墨烯是独特的。我们讨论我们的理论的实验影响。
2008-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Detecting swift heavy ion irradiation effects with graphene
在本文中，我们展示了如何利用单层石墨烯研究快速重离子（SHI）在各种衬底上的修饰。通过将块状石墨分别机械剥离到SrTiO $_3$、NaCl和Si（111）上制备样品。SHI辐照下进行掠射角的入射和样品进行了分析，通过原子力显微镜在环境条件下。我们表明，石墨烯可以用来检查是否是成功的照射或不，以确定标称离子注量和局部标记SHI的影响。对于原位制备的样品，石墨烯被证明能够捕获原本会从表面逸出的材料。
2013-01-21 cond-mat.mtrl-sci
The Origin of Doping in Quasi-Free Standing Graphene on Silicon Carbide
我们解释了强大的p型掺杂观察准独立的石墨烯六方碳化硅衬底的自发极化。这种机制是基于SiC的体属性，不可避免的任何六边形多型体的材料和独立的界面形成的任何细节。我们表明，极化的符号和幅度与石墨烯层中观察到的掺杂水平完全一致。有了这种机制，基于假设的受体型缺陷的模型，因为他们讨论到目前为止是过时的。外延石墨烯的n型掺杂通常通过与缓冲层及其与衬底的界面相关联的施主样状态来解释，其过度补偿极化掺杂。
2011-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous Electric Polarization in Graphene Polytypes
本研究发现由非极性石墨烯片构成的反演与镜像不对称混合堆叠四层多型体可表现出自发电极化，且该极化随静电掺杂增加，通过第一性原理计算和紧束缚模型揭示了其起源。
2023-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Medium Energy Ion Scattering of Gr on SiC(0001) and Si(100)
高分辨率离子束分析石墨烯的深度分布是分析石墨烯单层厚度的实用方法。不仅能量分辨率足以从下面的SiC中分辨石墨烯，而且通过使用同位素标记，可以标记由反应的乙烯产生的石墨烯。此外，我们能够分析由氧化的Si（100）衬底支撑的石墨烯，允许研究通过化学气相沉积在金属上生长并转移到硅上的石墨烯膜。这引入了一种强大的方法来探索石墨烯形成的基本原理。
2011-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Radiation Hardness of Graphene and MoS2 Field Effect Devices Against Swift Heavy Ion Irradiation
我们研究了基于二维材料的场效应晶体管在快重离子辐照下的劣化。分别用MoS 2和石墨烯的剥离单层制备器件。他们的特点是之前和之后的照射与1.14 GeV的U228+2离子使用三种不同的注量。通过电学表征、原子力显微镜和拉曼光谱分析，我们发现辐照导致了结构和电学性质的显著变化。在4 × 102^11个离子/cm ^2的最高能量密度下，MoS 2晶体管被破坏，而石墨烯基器件保持运行，尽管性能较差。
2013-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Black Phosphorus and Phosphorene/Graphene Heterostructure as Alkali metal (Li, Na, and K) Ion Battery
作为电池电极，黑磷是具有2596 mAh/g的高容量的层状材料，然而，由于锂化期间的高体积膨胀，其遭受破裂。这些裂缝会导致整个材料失去电接触，因此在进一步的充电和放电循环后容量会下降。人们需要一种不会因磷的锂化而破裂的支撑材料，以保持材料的电接触。在这里，我们认为磷烯夹在石墨烯层之间。利用密度泛函理论计算了黑磷和磷烯-石墨烯异质结构的锂化、钠化和钾化电压，与实验结果进行了比较。我们发现黑磷和磷烯-石墨烯异质结构的电压都很低，因此这些材料可以用作锂离子、钠离子和钾离子电池的阳极。
2020-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Dependence of Optical Transitions in Graphene Nanoribbons
讨论了$k$依赖的电子-光子和电子-声子矩阵元对石墨烯纳米带和碳纳米管的普适性。电子在破缺平移对称的方向上经历波矢量的变化，这取决于光的偏振方向。我们认为，这种现象源于手征的微观特征。
2011-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of the graphene surface potential by ion irradiation
我们表明，剥离的单层石墨烯的功函数可以修改快速（E_{kin} =92 MeV）的重离子的入射掠射角下的照射。在离子冲击时，在SiC上的石墨烯中产生单独的表面轨迹。由于在这个能量范围内，离子的能量沉积非常局部化，因此结构改变的表面积被限制在每个径迹约0.01 mum^2。开尔文探针力显微镜显示，这些表面轨道由电子改性材料组成，并且几个轨道足以使整个单层薄片的表面电位偏移~ 400 meV。因此，照射将最初的n掺杂石墨烯转变为具有8.5 × 10^{12}个孔/cm ^2的孔密度的p掺杂石墨烯。这种掺杂效应甚至在将辐照样品加热到500°C之后仍然存在。因此，这种电荷转移不是由于吸附物，而是必须归因于注入的原子。本文提出的方法为有效控制石墨烯的载流子浓度开辟了一条新途径。
2013-01-07 cond-mat.mtrl-sci
A road to hydrogenating graphene by a reactive ion etching plasma
我们报道了在反应离子刻蚀（RIE）系统中产生的氩-氢等离子体对单层和双层石墨烯的氢化。电子输运测量结合拉曼光谱被用来链接的电平均自由程的光学提取的缺陷浓度。我们强调了石墨烯的自偏置在抑制等离子体处理过程中的侵蚀的akes的作用。我们表明，在所选择的等离子体条件下，该过程不会对石墨烯片造成相当大的损害，并且氢化主要是由于来自等离子体的氢离子而不是由于高度加速的等离子体电子在石墨烯表面上吸附的水的碎片而发生的。因此，可以精确控制氢化水平。这里提出的氢化过程可以很容易地在任何RIE等离子体系统中实施。
2011-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Electron cascades and secondary electron emission in graphene under energetic ion irradiation
高能离子穿过诸如石墨烯的二维材料产生强电子激发。被激发到高于功函数的能态的电子可以引起次级电子发射，从而减少在离子撞击之后保留在石墨烯上的能量的量。电子可以被发射（动能转移）或被通过的离子捕获（势能转移）。为了阐明这种行为是不存在的三维材料中，我们模拟的电子动力学在石墨烯在第一飞秒离子撞击后。我们采用两种概念上不同的计算方法：基于蒙特卡罗（MC）的，其中电子被视为经典粒子，和时间相关的密度泛函理论（TDDFT），其中电子被描述的量子力学。我们观察到，电子发射的线性依赖于沉积的能量，出现从MC模拟，成为次线性和更接近TDDFT值时，考虑到通过互补的粒子在细胞中的模拟发射的电子与石墨烯的静电相互作用。我们的TDDFT模拟结果表明，电子捕获的概率随着离子速度的增加迅速下降，而次级电子发射占主导地位，在高速政权。我们估计，这些过程将沉积在石墨烯层中的能量减少了15%到65%，这取决于离子及其速度。这一发现清楚地表明，电子发射必须考虑在离子辐照下的二维材料的损伤产生时建模。
2020-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Mn3O4-Graphene Hybrid as a High Capacity Anode Material for Lithium Ion Batteries
我们开发了两步溶液相反应以在还原氧化石墨烯（RGO）片上形成用于锂离子电池应用的Mn 3 O 4纳米颗粒的杂化材料。相对于溶液中的自由颗粒生长，在RGO片上选择性生长的Mn 3 O 4纳米颗粒允许电绝缘Mn 3 O 4纳米颗粒通过下面的导电石墨烯网络连接到集电器。在RGO上形成的Mn 3 O 4纳米颗粒显示出高达~ 900 mAh/g的高比容量，接近其理论容量，具有良好的倍率性能和循环稳定性，这归因于石墨烯基底与其上生长的Mn 3 O 4纳米颗粒之间的密切相互作用。Mn 3 O 4/RGO杂化材料有望成为高容量、低成本、环境友好的锂离子电池负极材料。我们的石墨烯生长方法应该为基于高绝缘材料的电池电极的设计和合成提供一种新技术。
2010-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Spectral and polarization dependencies of luminescence by hot carriers in graphene
从理论上考虑了石墨烯中热载流子的带间跃迁引起的发光。在中和近红外光谱区的发射与能量和浓度的热载流子的依赖关系进行了分析，它们是由所施加的电场和栅极电压。偏振依赖性由传播方向与石墨烯片的法线之间的角度确定。从外延石墨烯的大规模面积样品和从剥离的石墨烯的微观结构的辐射的特性被认为是。还给出了发射的平均角度效率。
2010-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarization amplification by spin-doping in nanomagnetic/graphene hybrid systems
非平衡电子自旋极化的产生、自旋输运和自旋检测在许多量子器件中是基本的。我们证明了磁性纳米点的晶格通过载流子交换增强了单层石墨烯中的电子自旋极化。我们通过连续检测到的电子自旋共振（ESR）的变体探测自旋极化，并观察到纳米点的存在介导的共振放大。每个纳米点局部地将过剩的自旋极化载流子注入石墨烯中，并且所有“自旋热点”的集合在宏观长度处的石墨烯层中产生非平衡电子自旋极化。每当点间距离与自旋扩散长度相当或小于自旋扩散长度时，就会发生这种情况。
2021-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Manifesting pseudo-spin polarization on the edge of graphene via field emission image
得到了石墨烯在磁场中的场发射波函数。发射图像揭示了朗道能级的结构，并取决于两个子晶格之间的相位差。发射模式对边缘电位偏移很敏感，因此栅极电压可以控制它。
2013-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley polarization induced second harmonic generation in graphene
石墨烯中电子态的谷简并激发了人们对谷相关光学和输运现象的深入研究。虽然已经提出了许多关于如何操纵谷态的建议，但在石墨烯中进行谷极化的实验仍然是一个挑战。在这里，我们开发了一个理论的二次光学谐波产生的石墨烯，并表明，这种效果可以用来衡量的程度和符号的谷偏振。我们表明，在辐射的正常入射，二次谐波产生源于山谷中的载流子布居的不平衡。该效应具有特定的极化依赖性，反映了电子谷的三角对称性，并且当入射光子的能量接近费米能级时，该效应被共振增强。
2014-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarization Dependence of Raman Spectra in Strained Graphene
从理论上研究了石墨烯体和边缘拉曼光谱中G、D和2D（G $'$）带的偏振依赖性。2D和D波段在体和边缘具有不同的选择规则。在体，当散射光的偏振平行于入射光的偏振时，2D带强度最大，而D带强度不具有偏振依赖性。在边缘处，2D和D波段表现出与先前论文中提出的G波段相似的选择规则。我们建议，由石墨烯边缘引起的轴向速度上的约束方程是必不可少的G带的应变石墨烯的大部分中观察到的晶体取向的依赖性。这表明石墨烯体块中的赝自旋和谷自旋不能完全摆脱周围边缘的影响。在石墨烯边缘的G和D带上的实验的状态被提及。
2010-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
In-plane electric polarization of bilayer graphene nanoribbons by interlayer bias voltage
我们从理论上表明，在AB堆叠的双层石墨烯纳米带扶手椅边缘的层间偏置电压诱导沿带的电极化的强度。紧束缚和从头计算一致表明，当偏置电压是弱的，极化显示相反的迹象取决于带宽度模三。这种非平凡的依赖性解释使用两个波段的有效模型。紧束缚模型中偏置电压的一个强极限为三分之一极化或零极化，这与拓扑论证一致。
2015-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley Polarization and Inversion in Strained Graphene via Pseudo-Landau Levels, Valley Splitting of Real Landau Levels and Confined States
通过磁场可以很容易地控制系统的自旋极化和自旋方向。然而，目前还没有一种直接有效的方法来操纵谷赝自旋自由度。在这里，我们通过实验证明，它是可能的，实现谷极化和谷反转石墨烯通过使用应变诱导的赝磁场和真正的磁场。伪磁场与真实的磁场有很大的不同，在石墨烯的两个不同的谷处指向相反的方向。因此，伪磁场和真实磁场的共存导致石墨烯的两个不同谷处的不平衡的有效磁场。这使我们能够像控制电子自旋一样方便地控制石墨烯中的谷。在这项工作中，我们报告一致的观察谷极化和反转应变石墨烯通过伪朗道能级，分裂的真正朗道能级和谷分裂的限制状态，使用扫描隧道光谱。我们的研究结果突出了一个途径，以谷电子在应变石墨烯为基础的平台。
2020-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A controllable valley polarization in Graphene
研究了具有扩展线缺陷的石墨烯中不同锥形谷的电子输运。有趣的是，具有一定入射角的电子可以被由多个平行线缺陷组成的谐振腔完全调制到一个锥形谷中。通过调节谐振腔的参数，可以很容易地控制相关的入射角。因此，通过调节线缺陷的数量和两个最近相邻线缺陷之间的距离，可以方便地实现可控的100%谷偏振以及谷偏振的检测。这一有趣的发现为利用线缺陷实现谷极化开辟了一条新的途径。随着实验技术的进步，这种谐振器有望实现，从而在石墨烯谷电子学中发挥关键作用。
2013-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley and spin polarization from graphene line defect scattering
量子输运计算描述了电子散射的石墨烯中的扩展线缺陷。计算包括从本地磁矩最近预测存在的网站上相邻的线缺陷的潜力。传输概率推导和表示为谷，自旋，和入射角的费米能级被散射的电子的函数。它示出，先前预测的谷极化在一束传输的电子是不显着影响的存在下的磁矩。然而，除了谷极化之外，这些矩确实引入了一些自旋极化，尽管不超过约20%。
2012-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evidence for Interlayer Electronic Coupling in Multilayer Epitaxial Graphene from Polarization Dependent Coherently Controlled Photocurrent Generation
迄今为止，大多数在C面SiC上的多层外延石墨烯的实验研究表明，由于旋转堆叠，不同层的电子态是解耦的。我们测量了外延石墨烯中的三阶非线性张量，作为探测层间电子耦合的一种新方法，通过研究相干控制光电流的太赫兹发射作为光泵和太赫兹光束偏振的函数。我们发现，预期从完美的非耦合层，即一个单一的石墨烯片的相干控制太赫兹发射的偏振依赖性，没有观察到。我们假设，所观察到的角度依赖性来自层之间的弱耦合;角度依赖性的模型计算将多层结构作为具有可变层间耦合的独立双层的堆叠来处理，定性地再现了偏振依赖性，为耦合提供了证据。
2011-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vacuum Polarization and Screening of Supercritical Impurities in Graphene
利用从无质量Dirac-Kepler问题得到的真空极化精确解分析了石墨烯中电荷杂质的屏蔽。当杂质电荷低于某个临界值时，在远离杂质处没有发现密度扰动，这与线性响应理论的结果一致。然而，对于超临界电荷，极化分布示出具有幂律轮廓，导致在大距离处的过量电荷的屏蔽。的狄拉克-开普勒散射状态引起的驻波振荡出现在超临界状态的局部密度，并成为突出的。
2007-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene/Li-Ion battery
采用密度泛函理论计算了锂离子在石墨烯团簇中的存储状态。计算了每个团簇的吸附能、自旋极化、电荷分布、电子能隙、表面曲率和偶极动量。单Li原子掺杂的石墨烯具有自旋极化特性，不同自旋极化的电子会有不同的能隙。计算结果表明，两个较大团簇之间的较小团簇更有利于石墨烯锂离子电池的性能提高，从而提出了最合适的石墨烯负极结构。
2012-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced valley polarization of graphene on hBN under circularly polarized light irradiation
石墨烯/hBN（G/hBN）由于两种材料之间的晶格失配而具有长周期莫尔结构。莫尔超结构产生的长周期势对系统的电子性质产生调制作用。本文对G/hBN在圆偏振光照射下的电导率进行了数值计算。在G/hBN中缺乏空间反转对称性导致谷极化。当两种材料之间的扭转角在非掺杂情况下接近于零时，谷偏振在红外和太赫兹区域变得最明显，而空穴掺杂情况下，谷偏振对扭转角不敏感。这些结果将有助于设计谷电子器件使用G/hBN。
2022-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ion Irradiation of Nanocrystalline Graphene on Quartz and Sapphire
研究了Ga+离子辐照和高温退火对石英和蓝宝石衬底上直接生长纳米石墨烯的影响。它示出，纳米晶石墨烯站在相当高剂量的离子辐照（高达3e 14 cm-2的5至50 keV的Ga+离子），而不降低电导。在较高剂量下，纳米晶石墨烯迅速失去其电导，并且在超过2 e15 cm-2的剂量下变得实际上绝缘。在真空中退火恢复被照射的纳米晶石墨烯的电导，并且如果照射没有超过3e 15 cm-2的剂量，则该恢复可以完成。在接近1 e16 cm-2的高剂量下的离子辐照导致几层石墨烯的完全离子溅射。除了辐照诱导的电导降低和温度诱导的电导恢复之外，离子辐照的另外两个效应是增强石墨烯与衬底的粘附性和增加衬底的成核能力以用于直接沉积石墨烯。对于50 keV的Ga+离子，在超过2 e14 cm-2的辐照剂量下观察到粘附的增强。在宽剂量范围内观察到促进的石墨烯成核。结果表明，上述效应可用于开发石墨烯在绝缘衬底上的图案化方法和石墨烯的压印光刻方法。
2015-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical Control over Phonon Polarization in Strained Graphene
我们利用磁-声子共振研究了悬浮单轴应变石墨烯中声子极化的可调谐性。单轴应变提升了LO和TO声子的简并度，产生两个交叉线偏振声子模和拉曼G峰的分裂。我们利用石墨烯中强的电子-声子耦合和磁-声子共振的非共振耦合来诱导门可调谐的圆声子二向色性。这与应变诱导的G峰分裂一起，使我们能够可控地将两个线性极化的G模式声子调谐为圆形声子模式。我们能够纯粹通过静电场实现高达40%的圆声子极化，并且可以通过从电子到空穴掺杂的调谐来反转其符号。这提供了对声子角动量的前所未有的静电控制，这为声子应用铺平了道路。
2021-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy gaps and layer polarization of integer and fractional quantum Hall states in bilayer graphene
由于自旋、谷和轨道对称性，双层石墨烯中的最低朗道能级（LL）表现出多组分量子霍尔铁磁性。利用输运光谱研究了双层石墨烯中整数和分数量子霍尔态的能隙。在填充因子ν=1的状态有两个不同的阶段：层极化状态，具有较大的能隙，并通过高电场稳定，和迄今未观察到的层间相干态，具有较小的间隙，由大磁场稳定。相反，只有在有限电场和大磁场下才能分辨出ν=2/3量子霍尔态和ν=1/2的特征。这些结果强调的重要性，控制层的偏振在理解竞争的对称性在不寻常的QH系统的BLG。
2016-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrostatically controlled spin polarization in Graphene-CrSBr magnetic proximity heterostructures
研究 graphene/CrSBr 磁邻近异质结，利用量子霍尔边缘通道提取交换位移，并实现无磁场下 -50% 至 +69% 的静电可调自旋极化。
2023-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley-polarization and stable triplet exciton formation in 2D lateral heterostrcuture of hBN-kagome and graphene
基于第一性原理计算，提出hBN kagome与石墨烯横向异质结，利用反演对称性破缺实现谷极化，并证实微弱谷间耦合及三重态激子0.46 eV的更高结合能，可用于先进谷电子学应用。
2023-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adatoms in graphene as a source of current polarization: Role of the local magnetic moment
我们从理论上研究了大面积石墨烯中流动的自旋分辨电流，有缺陷和没有缺陷，掺杂有贵金属（Cu，Ag和Au）和3d过渡金属（Mn，Fe，Co和Ni）的单原子。我们证明了局部磁矩的存在是非零电流极化的必要条件，但不是充分条件。一个基本的要求是在费米能附近存在与石墨烯π带强烈杂交的自旋分裂局域能级。我们还表明，栅极电位可以用来调整这些本地化的水平的能量，导致外部的方式来控制自旋极化电流的程度，而无需施加一个磁场。
2011-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photocurrent in graphene harnessed by tunable intrinsic plasmons
石墨烯在红外和太赫兹中的光学特性可以通过将石墨烯图案化为具有亚波长特征尺寸的周期性超材料来定制和增强。在这里，我们展示了石墨烯纳米阵列中的偏振敏感和门可调光电探测。利用的长寿命的混合等离子体声子模式的电子密度振荡和基板（SiO2）的表面极性声子的耦合激发。它们的激发由s-极化导致的共振光电流的数量级大于p-极化，激发电子-空穴对观察到的光电流。等离子体探测器表现出光致温度增加高达四倍的可比2D石墨烯探测器。此外，由于光激发的混合等离子体声子和电子的衰变通道的差异，光电流符号在最新的纳米阵列中变得偏振敏感。我们的工作提供了一个路径的光敏和频率选择性光电探测器的基础上石墨烯的等离子体激元激发。
2013-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Precision Cutting and Patterning of Graphene with Helium Ions
我们报告使用氦离子显微镜配置为光刻纳米级图案化的石墨烯。氦离子光刻是一种直写光刻工艺，与传统的聚焦离子束图案化相当，没有抗蚀剂或其他材料接触样品表面。在本申请中，使用氦离子切割Si/SiO2衬底上的石墨烯样品，其中计算机控制对准、图案化和曝光。一旦确定了合适的束剂量，就可以获得锐利的边缘轮廓和干净的蚀刻，对样品几乎没有明显的损伤或掺杂。该技术提供了与石墨烯兼容的快速光刻，具有约15 nm的特征尺寸。
2009-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Robustness of Spin Polarization in Graphene-based Spin Valves
自旋电子学器件在偏压作用下自旋极化的降低是当前需要解决的重要问题之一。我们揭示了在室温下多层石墨烯自旋阀中自旋极化的前所未有的鲁棒性。令人惊讶的是，在正和负偏置电压应用中，注入自旋的自旋极化在高达+2.7V和-0.6V的偏置电压下是恒定的，这显著优于所有自旋电子器件。我们的发现是由于一个理想的界面形成的自旋散射抑制诱导。此外，我们还首次报道了分子自旋电子学中理论与实验的重要一致性，观察到局域方案中的信号强度比非局域方案中的信号强度高出一倍，这为该领域的研究提供了坚实的物理基础。
2009-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Dirac fermion quantization on graphene edges: Isospin-orbit coupling, zero modes and spontaneous valley polarization
本文讨论了具有扶手椅/锯齿形/扶手椅型复杂边缘结构的石墨烯的边界电子性质。结果表明，有限锯齿形区域支持边缘束缚态，其离散等距谱由连续狄拉克方程的格林函数得到。能级表现出谷自由度和轨道量子数之间的耦合，类似于自旋-轨道相互作用。光谱的特征是存在零模，即能量消失的束缚态。它只存在于其中一个石墨烯谷中，自发地打破了Kramers边缘态的对称性。这意味着自发谷极化的特征是谷同位旋$\pm 1/2$。极化表现为零磁场异常的本地隧道态密度，并直接关系到本地的电霍尔电导率。
2009-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Prominent room temperature valley polarization in WS2/graphene heterostructures grown by chemical vapor deposition
我们研究了不同情况下的异质结构组成的WS 2单层生长的化学气相沉积（CVD）作为光学活性物质。我们发现，WS 2的谷极化的程度是由用于形成异质结构的材料类型的影响很大。我们的研究结果表明，WS 2和石墨烯（WS 2/Gr）之间的相互作用对温度相关的去极化（即随着温度的升高极化降低）有很强的影响，在近共振激发下，室温下的极化度达到24%。这与hBN包封的WS 2形成对比，其表现出仅11%的室温极化度。WS 2/Gr异质结构中观察到的低去极化速率归因于由于声子和从WS 2到石墨烯的快速电荷和能量转移过程而导致的几乎与温度无关的散射速率。在不同的异质结构配置之间的偏振度的显着变化也观察到在4K。在WS 2的K点和Γ点之间的价带附近的谷间空穴散射对直接环境敏感，导致观察到的变化。
2020-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Etching of Graphene Devices with a Helium Ion Beam
我们报告了用氦离子束刻蚀石墨烯器件，包括光刻过程中的原位电学测量。蚀刻工艺可用于纳米结构化和电隔离石墨烯器件中的不同区域，如通过蚀刻悬浮石墨烯器件中的通道所证明的，其中蚀刻间隙低至约10 nm。二氧化硅（SiO2）基板上的石墨烯器件蚀刻与较低的He离子剂量，并被发现有蚀刻后，我们归因于碳氢化合物的污染残留的导电性。
2009-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Valley Polarization and Coherence in Transition Metal Dichalcogenide-Graphene van der Waals Heterostructures
由石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMD）制成的范德华异质结构是用于光电、自旋电子和谷电子器件的新兴平台，其可以受益于（i）TMD中的强的光-物质相互作用和自旋谷锁定以及（ii）石墨烯中的特殊的电子和自旋输运。这种器件的操作需要显著的谷极化和谷相干性，理想地高达室温。在这里，使用一个全面的穆勒偏振分析，我们报告\textit{artifact-free}室温度的谷极化高达$40~\%$，值得注意的是，谷相干高达$20~\%$在单层二硫化钨（WS $_2$）/石墨烯异质结构。即使在低温下，二硒化钼（MoSe $_2$）中的谷反差也特别难以实现。在将单层MoSe $_2$与石墨烯接合时，谷极化和相干性的室温程度分别与$14~\%$和$20~\%$一样高。我们的研究结果进行了讨论，根据最近的报道，高效的层间耦合和激子转移的TMD/石墨烯异质结构和室温手性轻物质相互作用和相干光谷电子器件的承诺。
2018-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Valley and Zeeman Splittings in Multilayer Epitaxial Graphene Revealed by Circular Polarization Resolved Magneto-infrared Spectroscopy
在高达17.5 T的强磁场中，利用可调谐量子级联激光器对多层外延石墨烯（MEG）进行了圆偏振分辨磁红外研究。解析了MEG单层和双层石墨烯包裹体中的朗道能级（LL）跃迁，并在提取的电子能带结构中观察到相当大的电子-空穴不对称性。对于单层石墨烯，证明了$n=0$到$n=1$ LL跃迁的四重分裂，并归因于第零LL的谷和自旋简并的提升以及电子-空穴对称性的破缺。分裂的磁场依赖性进一步揭示了其可能的机制。对实验数据的最佳拟合分别产生谷分裂和塞曼分裂的有效$g$因子，$g^*_{VS}=6.7$和$g^*_{ZS}=4.8$。
2019-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarization resolved magneto-Raman scattering of graphene-like domains on natural graphite
在$T=\unit{4.2}{K}$和室温下，在高达29 T的磁场中，研究了天然石墨表面类石墨烯位置的显微拉曼散射响应.两种不同的偏振配置，共圆和交叉圆，以确定拉曼散射选择规则。观察到几个不同的系列的电子激发，我们讨论他们的特征形状和振幅。特别是，我们报告了一个明确的分裂与朗道能级间的激发$-n\rightarrow+n$的信号。此外，我们观察到显着的相互作用的带中心E $_{\text{2g}}$ -声子与三种不同的电子激发。这些石墨烯状夹杂物的块状石墨表面上的可能的起源进行了讨论。
2012-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A model of large volumetric capacitance in graphene supercapacitors based on ion clustering
双电层超级电容器是基于离子可逆吸收到多孔导电电极中的用于高功率能量存储的有前途的装置。石墨烯由于其高导电性和大表面积而成为超级电容器中电极材料的特别好的候选者。在本文中，我们考虑由一堆石墨烯片与随机插入的“间隔”分子制成的超级电容器电极。我们发现，实验中观察到的大于100 F/cm ^3的大体积电容可以理解为离子集体嵌入石墨烯堆以及石墨烯电子的非线性屏蔽的结果，石墨烯电子使离子团簇的电荷重正化。
2011-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonmonotonic magnetic field dependence of remanent ferroelectric polarization in reduced-graphene-oxide-BiFeO$_3$ nanocomposite
在还原氧化石墨烯（RGO）和BiFeO $_3$（BFO）的纳米复合材料中，当外加磁场在0-20 kOe范围内扫过原始样品时，室温下的还原铁电极化遵循非单调的磁场依赖性。反射铁电极化是从直接测量的组装纳米粒子和粉末中子衍射图案下记录0-20 kOe的字段。BFO的纳米尺寸（$\sim$ 20 nm）颗粒通过Fe-C键锚定到RGO的石墨烯片上，伴随着Fe-O键中共价的上升。由于分别界面和体磁化引起的磁致伸缩的正和负磁电耦合之间的场依赖性竞争似乎引起所观察到的非单调场依赖性的极化。Fe-C键的出现以及界面区域的磁性和电子结构的变化显著地影响了铁电和磁性之间的耦合，从而创造了通过石墨烯/单相多铁性系统的纳米复合材料或异质结构中的界面重构来调节磁电性能的新途径。
2021-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-Controlled Ionization and Screening of Cobalt Adatoms on a Graphene Surface
我们描述了对沉积在背栅石墨烯器件上的单个钴（Co）原子进行的扫描隧道光谱（STS）测量。我们发现，钴吸附在石墨烯上的原子可以被电离，无论是通过应用程序的全球背栅电压或通过应用程序的局部电场从扫描隧道显微镜（STM）尖端。观察到以这种方式电离的Co吸附原子周围形成大的屏蔽云，并且我们观察到一些固有的石墨烯缺陷显示出类似的行为。我们的研究结果提供了新的见解带电杂质散射在石墨烯，以及使用石墨烯设备作为化学传感器的可能性。
2010-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct coupling between charge current and spin polarization by extrinsic mechanisms in graphene
自旋电子学--全电子控制电子自旋，用于量子或经典信息存储和处理--是二维材料石墨烯最有前途的应用之一。尽管原始石墨烯具有可忽略的自旋轨道耦合（SOC），但理论和实验都表明石墨烯中的SOC可以通过外在手段（例如通过吸附原子杂质的官能化）来显著增强。我们提出了一个理论的运输在石墨烯中占满自旋相干动力学的载体，包括迄今为止被忽视的自旋旋进过程中的共振散射与稀杂质。我们确定了一种新的“各向异性自旋进动散射”过程，具体到二维和非本征SOC，这有助于在石墨烯中的大电流诱导的自旋极化。该理论还产生了一个全面的描述的自旋弛豫机制在杂质修饰的石墨烯：Elliot-Yafet和Dyakonov-Perel弛豫率都存在，我们发现，后者可以占主导地位的载流子密度和杂质强度的一些选择。这为设计未来石墨烯基集成自旋电子器件提供了理论基础。
2016-08-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
