Properties of Graphene: A Theoretical Perspective
在这篇综述中，我们从理论家的角度对单层和双层石墨烯的物理学进行了深入的描述。我们讨论了石墨烯在外加磁场中的物理性质，反映了零能朗道能级的狄拉克点附近准粒子的手征性质。我们解决了独特的整数量子霍尔效应，电子相关的作用，以及最近观察到的分数量子霍尔效应在单层石墨烯。双层石墨烯中的量子霍尔效应与单层石墨烯有着本质的不同，反映了这一体系独特的能带结构。在没有外部磁场的运输理论进行了详细讨论，随着各种理论模型中研究的无序的作用。我们强调单层和双层石墨烯之间的差异和相似之处，并专注于热力学性质，如可压缩性，等离子体光谱，弱局域化校正，量子霍尔效应，和光学性质。由于克莱因隧穿，石墨烯中电子的限制是不平凡的。我们回顾了石墨烯量子受限结构的各种理论和实验研究。石墨烯纳米带的能带结构以及亚晶格对称性、边缘几何形状和纳米带尺寸对电子和磁性的影响是非常活跃的研究领域，本文对这些主题进行了详细的综述。讨论了衬底相互作用、吸附原子、晶格缺陷和掺杂对有限尺寸石墨烯系统能带结构的影响。我们还包括一个简要的描述graphane - gapped材料获得的石墨烯通过连接氢原子的每个碳原子在晶格中。
2010-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial studies in CNT fibre/TiO$_{2}$ photoelectrodes for efficient H$_{2}$ production
用于光（电）化学反应的一类有吸引力的材料是基于半导体金属氧化物和纳米碳（例如碳纳米管（CNT）、石墨烯）的混合物，其中纳米碳充当高度稳定的导电支架，纳米结构无机相可以固定在其上;最大化表面积并最小化电荷传输/转移电阻的结构。通过在CNT织物上的原子层沉积产生的TiO $_{2}$ /CNT光阳极被示出对于H $_{2}$生产（在$0.2V$ $vs Ag/AgCl$的$0.07 μmol/min$ $H_{2}$）是有效的，几乎使沉积在平面衬底上的TiO $_{2}$的性能加倍，具有$100 \%$法拉第效率。结果是合理的电化学阻抗谱测量的基础上，显示出一个大的减少，光电子传输电阻相比，控制样品和更高的表面积。低TiO $_{2}$ /CNT界面电荷转移电阻（$10 Ω$）与界面Ti-O-C键的存在和通过使用同步辐射的空间分辨扫描光电子显微镜（SPEM）确定的相应电子杂化一致。
2020-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Do specific ion effects influence the physical chemistry of aqueous graphene-based supercapacitors? Perspectives from multiscale QMMD simulations
特定的离子效应是否决定了水性石墨烯和石墨基超级电容器的电荷存储特性仍然是一个备受争议的话题。在这项工作中，我们提出了一个多尺度量子力学经典分子动力学调查的水溶液中的一元和二价盐电解质与完全极化带电石墨烯片。通过计算电化学双电层和量子电容，我们观察到一个恒定的电极比电容与阳离子半径和电荷。与直觉相反，我们确定阳离子吸附机制从内部到外部亥姆霍兹层的切换导致EDL电容的变化可以忽略不计，这似乎是由于石墨烯电极的稳健电子结构。然而，具有相对低的水合自由能的离子（如K+）穿透内亥姆霍兹平面并直接吸附在电极表面上的能力被发现减缓了它们平行于界面的扩散。外亥姆霍兹层中的离子被发现具有较高的扩散率在表面处，由于它们的位置在水层之间的离子通道。我们的研究结果表明，表面效应，如表面极化和部分脱水和局部结构的离子在表面上的阳离子的界面处的行为的基础上，并添加了一个重要的新的视角下看到的约束离子迁移率的趋势。
2022-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Embedded Ribbons of Graphene Allotropes: An Extended Defect Perspective
四种基本的二聚体操作可以用于在石墨烯中产生各种局部和扩展的缺陷结构。二维模板导致石墨烯同素异形体，在这里被视为扩展的缺陷，其可以表现出金属或半导体的电特性。\emph{Embedded allotropic ribbons} --即新同素异形体的薄带--也可以在石墨烯中产生。我们研究了这些带状物，发现它们保持了它们的母体同素异形体的电特性，即使只有几个原子的宽度。这样的扩展缺陷可以促进单片电子电路的构造。
2010-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Variability Effects in Graphene: Challenges and Opportunities for Device Engineering and Applications
石墨烯中的可变性效应可以由周围环境和石墨烯材料本身引起，这形成了检查石墨烯装置用于大规模生产的可行性的关键问题。从可靠性和成品率的角度来看，这些可变性会导致器件性能的波动，这应该通过器件工程来最小化。然而，从计量学的角度来看，可变性效应可以用作新的探测机制，其中“信号波动”可以用于潜在的感测应用。本文介绍了石墨烯的可变性效应的概述，重点是它们的挑战和机遇，器件工程和应用。讨论可以扩展到其他薄膜，纳米线和纳米管器件具有类似的可变性问题，形成评估新兴技术的承诺的普遍兴趣。
2013-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene on metallic surfaces: problems and perspectives
本手稿总结了石墨烯-金属相互作用问题的现代观点。目前，d金属的紧密堆积表面被用作制备高度有序的石墨烯层的模板。对于这些系统可以引入不同的分类：晶格匹配表面上的石墨烯和晶格失配表面上的石墨烯，其中与金属基底的相互作用可以是“强”或“弱”的。在这里，这些分类，在所有情况下的电子结构的具体功能的重点，被认为是大量的实验和理论数据的基础上，总结和讨论。指出了石墨烯-金属界面在基础物理、应用物理和化学方面的研究前景。
2012-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic graphene field effect transistor on amorphous carbon films
描述了石墨烯场效应晶体管的制造，其在沉积的氢化非晶碳膜的表面上使用本征石墨烯。石墨烯器件具有典型的双极特性，如果在氧等离子体中蚀刻表面石墨烯，则其变为单极特性。由于无定形碳薄膜的生长容易，尺寸不受限制，并且不需要石墨烯的转移，这为石墨烯电子学开辟了新的前景。
2014-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Correlated Electron Effects in Chromium Trihalide Hetostructures with Graphene: A Tight-Binding Model Perspective
National Graphene Institute, University of Manchester（国家石墨烯研究所，曼彻斯特大学）
本文提出一种紧束缚模型准确描述铁磁CrX$_3$单层最低能量四重态导带，揭示配体介导的远程电子跃迁路径，并证明G/CrI$_3$及G/CrI$_3$/G为II型异质结构，可实现石墨烯轻空穴与磁性层重电子共存。
2024-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Encapsulation and Electronic Control of Epitaxial Graphene by Photosensitive Polymers and UV light
在碳化硅上使用外延石墨烯的电子器件需要封装，以避免在环境条件下沉积的杂质的不受控制的掺杂。另外，石墨烯单层与衬底的相互作用导致该材料中相对高水平的电子掺杂，这相当难以单独通过静电门控来改变。在这里，我们描述了这些问题的一种解决方案，允许在宽范围内封装和控制载流子浓度。我们描述了一种新的异质结构的基础上生长的外延石墨烯碳化硅结合两种聚合物：中性间隔和光敏层，提供了有效的电子受体在紫外光照射下。在未曝光的情况下，相同的双层聚合物很好地用作覆盖材料，提高了样品掺杂水平的时间稳定性和均匀性。通过对这种异质结构进行紫外曝光，我们以非侵入性、非挥发性和可逆的方式控制了石墨烯的电参数，将载流子浓度改变了50倍。暴露的SiC/石墨烯/聚合物异质结构的电子性质在室温下保持稳定许多天，但将聚合物加热到玻璃化转变温度以上会逆转光的作用。新开发的光化学选通已经帮助我们将石墨烯电阻标准的鲁棒性（大范围的量化磁场、显著更高的操作温度和由于显著增加的击穿电流而显著增强的信噪比）提高到这样的水平，使得其开始有利地与成熟的半导体异质结构标准竞争。[2，3]
2011-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct Growth of Graphene on Flexible Substrates Towards Flexible Electronics: A Promising Perspective
石墨烯由于其优异的导电性、机械强度、热稳定性等特性，最近引起了人们的极大兴趣。石墨烯基器件在柔性电子、光电子和能量收集方面具有很高的应用潜力。在本文中，我们回顾了各种生长策略，包括金属催化的无转移生长和柔性绝缘衬底上的石墨烯的直接生长，这是主要的问题，以避免复杂的转移过程，导致石墨烯缺陷，残留物，撕裂和性能下降的功能器件。讨论了直接生长石墨烯在实际应用中的最新进展。最后，讨论了直接生长石墨烯商业化的几个重要方向、挑战和前景。
2018-08-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.soc-ph
Organometallic Complexes of Graphene and Carbon Nanotubes: Introducing New Perspectives in Atomtronics, Spintronics, High Mobility Graphene Electronics and Energy Conversion Catalysis
在这里，我们提出了一个概述最近的基础研究的性质之间的相互作用的单个金属原子和金属簇和共轭表面的石墨烯和碳纳米管，特别关注的电子结构和化学键在金属-石墨烯界面。我们讨论了石墨材料的有机金属配合物的相关性，这些相互作用和它们在原子电子学中的应用，如原子互连，高迁移率的有机金属晶体管器件，高频电子器件，有机金属催化（氢燃料产生的光催化水分解，燃料电池，氢化），自旋电子学，存储器设备和下一代能源设备的基本理解的发展。我们触及在金属上生长的CVD石墨烯，其表面的反应性，以及其作为不对称石墨烯功能化化学（双Janus圆盘）的模板的用途。我们强调了一些最新的进展，在理解金属和石墨烯表面之间的相互作用的性质，从金属覆盖层沉积在石墨烯和单壁碳纳米管薄膜的角度来看。最后，我们评论了该领域面临的主要挑战和技术应用的机遇。
2014-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Graphene oxide adsorptive power from better to more via an enhanced route in perspective
吸附是水净化的重要方法之一，炭是常用的高效吸附剂。不同形态和结构的碳通常表现出不同的吸附型净化能力。氧化石墨烯被认为是石墨烯的氧化衍生物，在保持其二维形貌特征结构的同时，在两侧上位置依赖地固定有大量的各种含氧功能基团。独立的氧化石墨烯倾向于在水中完全展开，并表现为类似大分子的布朗运动。因此，高性能吸附发生在与大量山梨酸酯相互作用的过程中，在此过程中，由于官能团与山梨酸酯相互作用机制的差异以及基团的固有位置规格，目标物质的有效吸附位点分布不均匀。因此，定向操纵表面活性剂的功能部分和它们的位置分布是潜在的一种方式，以进一步提高吸附性能，这可能会更好，如果考虑结合吸附和原位操作在同一时间。
2017-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Metal adatoms on graphene and hexagonal boron nitride: Towards the rational design of self-assembly templates
金属衬底上周期性波纹状外延石墨烯和六方氮化硼（h-BN）被认为是纳米颗粒阵列自组装的前景模板。通过第一性原理计算，我们确定了金属原子在石墨烯和六方氮化硼表面的结合能和扩散激活势垒。所观察到的化学趋势可以理解的电荷转移和共价键之间的相互作用，涉及吸附原子d电子。我们进一步研究了金属基底的电子效应，发现基于石墨烯的周期性波纹模板与金属/石墨烯界面处的强相互作用相结合最适合于高度规则的纳米颗粒阵列的自组装。
2010-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
How transparent is graphene? A surface science perspective on remote epitaxy
本文从表面科学视角探讨了 remote epitaxy 中石墨烯透明性的基础假设，提出傅里叶与拍频分析以无偏分解晶格势贡献，并指出了远程势在调节表面动力学及权衡竞争机制中的关键作用。
2025-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Graphene on Rh(111): STM and AFM studies
通过结合密度泛函理论计算、扫描隧道显微镜和原子力显微镜（STM和AFM）研究了石墨烯/Rh（111）莫尔晶格的电子和晶体结构。而在STM中观察到的山和谷之间的主要对比度不依赖于所施加的偏置电压的符号，原子分辨AFM图像的对比度强烈依赖于振荡AFM针尖的频率偏移。所得到的结果表明，应用原子力显微镜/光谱的探测在表面的化学对比度的前景。
2012-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comparative Density Functional Theory and Density Functional Tight Binding Study of Arginine and Arginine-Rich Cell-Penetrating Peptide TAT Adsorption on Anatase TiO2
采用密度泛函理论和密度泛函紧束缚理论（DFTB）对精氨酸（Arg）、精氨酸在TiO 2表面的吸附构型、富含精氨酸的细胞穿透肽TAT及其在TiO 2表面的吸附进行了比较研究.两个DFTB参数化被认为是，mig-0-1/mio-1-1和matsci-0-3。虽然有很好的协议之间的DFT和DFTB的精氨酸和肽构象的结构和相对能量，吸附几何形状和能量是明显不同的精氨酸吸附在二氧化钛。mio-0-1/mio-1-1参数化的性能优于matsci-0-3。我们将这种差异与两种方法（DFT和DFTB）产生的电子结构的差异，特别是分子和氧化物之间的能带排列有关。我们表明，TAT和二氧化钛与DFTB建模的频带对齐是定性正确的，但与DFT使用PBE功能不是。这是特定于大分子的建模，其中HOMO接近氧化物的导带。因此，我们报告的情况下，近似DFT为基础的方法- DFTB（与正确的能带结构，可以有效地获得）-执行更好的DFT本身的功能近似可行的大型生物-无机界面，即GGA（相对于混合泛函，这是不切实际的，在这样的规模）的建模。我们的研究结果突出了实用的DFTB方法的生物无机界面的建模，不仅从CPU成本的角度来看，但也从精度的角度来看。
2016-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Modelling electron-phonon interactions in graphene with curved space hydrodynamics
我们介绍了一个不同的角度来描述电子-声子相互作用的石墨烯弯曲空间流体力学的基础上。声子与载流子的相互作用增加了材料的电阻率。我们的方法捕捉晶格振动的曲率变化的空间，通过电子移动以下流体动力学方程。在这幅图中，对电子流的惯性修正自然产生，有效地产生电子-声子相互作用。相互作用的强度由一个与温度无关的耦合常数控制。我们将此模型应用于石墨烯，并令人满意地恢复预期在高温下的电阻率的线性标度律。我们的研究结果开辟了一个新的视角来处理石墨烯中的电子-声子相互作用，以及其他可以用费米液体理论描述电子的材料。
2017-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Graphene: carbon in two dimensions
碳是元素周期表中最有趣的元素之一。它形成许多同素异形体，有些是从古代已知的（金刚石和石墨），有些是十到二十年前发现的（富勒烯，纳米管）。非常有趣的是，二维形式（石墨烯）只是最近才获得的，并立即引起了极大的关注。石墨烯中的电子，服从线性色散关系，表现得像无质量的相对论粒子，这导致了在第一种二维材料中观察到的许多非常奇特的电子特性：从反常的量子霍尔效应到没有局域化。它还为凝聚态物理和量子电动力学之间架起了一座桥梁，并为碳基电子学开辟了新的前景。
2006-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Design of dye-sensitized TiO$_2$ materials for photocatalytic hydrogen production: light and shadow
可见光驱动的燃料和增值化学品的生产是目前各科学学科研究最激烈的研究课题之一，因为它有可能减轻世界对化石燃料的依赖。在这个角度来看，我们概括了一些染料敏化光催化系统的主要特点，旨在太阳能H $_2$生产，特别是集中在TiO $_2$为基础的三组分组件与有机敏化剂。相关方面包括敏化剂的结构和电子性质、半导体和析氢催化剂的性质、牺牲供体的作用以及反应参数对H $_2$产率和稳定性的影响。除了介绍该领域最重要的最新发展外，我们还分析了实验设计，实验室程序和数据呈现方面的一些常见做法，试图突出其弱点并提出可能的改进建议。最后，我们用一个简短的段落来讨论这个令人兴奋的研究领域未来可能的发展。
2022-12-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Graphene-based technologies for energy applications, challenges and perspectives
本文探讨了石墨烯及相关材料在能源应用中的技术发展，分析了其在氢存储、太阳能电池和电极材料中的应用，并讨论了面临的挑战与未来发展方向。
2026-01-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Unveiling the Design Rules for Tunable Emission in Graphene Quantum Dots: A High-Throughput TDDFT and Machine Learning Perspective
本文通过高通量TDDFT计算系统研究了284个不同形状、尺寸及B/N/O/S/P掺杂的石墨烯量子点的荧光发射能规律，识别出12种可见光发射结构，并构建了可用于机器学习研究的DFT数据集。
2024-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electronic-structural Dynamics in Graphene
我们回顾了我们最近的时间和角度分辨光电子能谱实验，测量光驱动石墨烯的瞬态电子结构。对于近红外泵浦光子能量（$\hbarω_{\text{pump}}=950$ meV），我们发现在狄拉克点附近形成了布居数反转态，这可能对太赫兹激光设备和光学放大器的设计感兴趣。在较低的泵浦光子能量（$\hbarω_{\text{pump}}<400$毫电子伏），其中带间吸收是不可能的掺杂样品中，我们发现自由载流子吸收的证据。此外，当使中红外脉冲与双层石墨烯的红外活性面内声子（$\hbarω_{\text{pump}}=200$ meV）共振时，观察到电子-声子耦合常数的瞬态增强，为报道掺杂富勒烯中的光增强超导性的实验提供了有趣的视角，其中类似的晶格模式被激发。本文综述的所有研究对石墨烯在光电子器件中的应用以及光电子性质的动力学工程具有重要意义。
2016-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of cobalt on graphene: Electron correlation effects from a quantum chemical perspective
在这项工作中，我们研究了一个单一的钴原子（Co）在石墨烯上的吸附通过完整的活性空间自洽场的方法，另外校正的二阶微扰理论。石墨烯的局部结构由平面烃簇（C $_{24}$ H $_{12}$）建模。系统处理的电子相关性和研究激发态的可能性，使我们能够重现不同的电子配置的Co的势能曲线。我们发现，在接近表面时，基态配置的Co经历了几个过渡，产生两个稳定的状态。第一个对应于高自旋$3d^74s^2$（$S=3/2$）构型中吸附原子的物理吸附，而第二个来自强轨道杂化形成的化学键，导致低自旋$3d^9$（$S=1/2$）状态。由于$3d^9$构型的不稳定性，Co的吸附能在两种情况下都很小，不超过0.35 eV。我们分析所得到的结果在一个简单的模型哈密顿量，涉及库仑排斥（$U$）和交换耦合（$J$）参数为3 $d$壳的Co，我们估计从第一原理计算。我们发现，虽然交换相互作用吸附后保持不变（$\simeq1.1$ eV），库仑排斥显着减少距离（从5.3至2.6 $\pm$ 0.2 eV）。筛选的$U$有利于更高的职业的3 $d$壳层，因此在很大程度上是负责的互构过渡的Co.最后，我们讨论的方法是基于密度泛函理论相对于石墨烯上的过渡金属原子的局限性，我们得出结论，一个适当的帐户的电子相关性是至关重要的吸附在这样的系统中的描述。
2012-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic transport in two dimensional graphene
我们提供了一个广泛的审查的基本电子性质的二维石墨烯的密度和温度依赖的载流子输运掺杂或门控石墨烯结构的重点。我们的评论的一个显着特点是在石墨烯和二维半导体系统（例如异质结构，量子阱，反型层）的载流子输运之间的关键比较，使石墨烯的电子性质的独特功能所产生的无间隙，无质量，手性狄拉克光谱突出。实验和理论，以及量子和半经典运输的协同方式进行了讨论，以提供一个统一和全面的观点。虽然审查的重点是在那些方面的石墨烯运输存在合理的共识，在文献中，开放的问题进行了讨论。深入描述了控制传输的各种物理机制，包括长程带电杂质散射、屏蔽、短程缺陷散射、声子散射、多体效应、克莱因隧穿、狄拉克点处的最小电导率、电子-空穴水坑形成、pn结、局部化、逾渗、量子经典交叉、中间带隙状态、量子霍尔效应和其他现象。
2010-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Different Perspective on Superconductivity in Crystalline Graphene: Exploiting Energetics
University of Chicago（芝加哥大学）；Florida Atlantic University（佛罗里达大西洋大学）
本文提出“双母体”能量学框架，利用一阶相变简并性解释晶体石墨烯中超导性广泛但局限于边界区域的谜团，无需指定配对吸引细节，并指出超导会选择净自由能增益最大的正常态母体。
2026-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Unveiling and Manipulating Hidden Symmetries in Graphene Nanoribbons
扶手椅型石墨烯纳米带是一类非常有前途的全碳纳米电路半导体。在这里，我们提出了一个新的观点，他们的电子结构从简单的模型哈密顿量和$\textit{ab initio}$计算。我们专注于一组特定的宽度为$n = 3p+2$的纳米带，其中$n$是跨纳米晶轴的碳原子数，$p$是正整数。我们表明，在这些纳米带中的能隙开放起源于打破了以前未识别的隐藏对称性的长程跳跃的$π$ -电子和结构发生在边缘的扭曲。这种隐藏的对称性可以通过应用面内晶格应变来恢复或操纵，这使得连续的能隙调谐、费米能级处的狄拉克点的出现和拓扑量子相变成为可能。我们的工作建立了扶手椅型石墨烯纳米带的半导体特性的原始解释，并为合理设计其电子结构提供了指导。
2022-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional porous graphene networks expand graphene-based electronic device applications
近年来，人们要求石墨烯具有良好的二维特性，以扩大其潜力，以满足应用需求。作为一种途径，已经开发了用于制造3D多孔石墨烯网络结构的几种方法，以实现具有2D石墨烯的多功能石墨烯材料。在这里，我们概述了未来电子器件应用的3D多孔石墨烯的特性，以及对“2D到3D石墨烯”的物理见解，其中2D石墨烯的特性，如无质量的狄拉克费米子，得到了很好的保留。因此，本综述总结了最近的3D多孔石墨烯的研究与前景，提供新的和板石墨烯电子器件的应用。
2017-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Interface defect-assisted phonon scattering of hot carriers in graphene
石墨烯的宽带和超快光响应近年来得到了广泛的研究，尽管光激发载流子动力学仍然远未完全理解。不同的实验方法意味着热电子的两种根本不同的散射机制之一。一种是高能光学声子，另一种是无序驱动的声学声子超碰撞。然而，通过光学和声学声子的并发弛豫尚未考虑到目前为止，阻碍了在一个统一的框架内解释不同的实验。在这里，我们扩大了光学声子介导的冷却模型，包括电子散射的声学声子。通过假设增强的电声声子超碰撞从本地化缺陷在光热电电流生成界面，我们提供了一个更广阔的视角超快的光响应的石墨烯，突出了以前被忽视的影响的接口冷却动力学。我们表明，瞬态光热电响应，这已完全归因于超碰撞，可以成功地解释不拒绝建立光学声子弛豫路径，表明这两种冷却机制不是相互排斥的，而是相辅相成的。
2017-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental review of graphene
本文从实验的角度研究了石墨烯的性质。其目的是审查最重要的实验结果在一个适合新的研究生谁有兴趣在石墨烯的迷人特性的一般概述的详细程度。虽然提供了一些介绍性的理论概念，包括电子能带结构和声子色散的讨论，主要重点是描述相关的实验和重要的结果，以及石墨烯的一些新的应用。特别是，这篇综述涵盖了石墨烯的合成和表征，场效应行为，电子输运性质，磁输运，整数和分数量子霍尔效应，机械性能，晶体管，光电子学，石墨烯为基础的传感器和生物传感器。这种方法试图突出目前对石墨烯的理解的手段和未来贡献的一些工具。
2011-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Silicene on Substrates: A Theoretical Perspective
硅烯作为石墨烯的硅类似物，已经通过在各种衬底上外延生长而成功地制备。与自支撑石墨烯类似，自支撑硅烯具有蜂窝结构和Dirac-cone形状的能带，导致许多迷人的性质，例如高载流子迁移率、量子自旋霍尔效应、量子反常霍尔效应和量子谷霍尔效应。保持硅烯的蜂窝状晶体结构和狄拉克锥是观察其本征性质的关键。本文从理论上系统地讨论了衬底效应对硅烯原子结构和电子性质的影响，特别是着重讨论了狄拉克锥的变化。
2015-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Colloquium: Spintronics in graphene and other two-dimensional materials
在石墨烯中自旋输运的第一次明确证明之后（Tombros等人，2007），令人惊讶的是，在室温下，人们很快意识到这种新材料与基础自旋电子学和未来应用都相关。在此后的十年中，令人兴奋的结果使石墨烯自旋电子学领域蓬勃发展，第二代研究已经扩展到新的二维（2D）化合物。本次学术讨论会回顾了石墨烯和相关二维材料中电子自旋输运的最新理论和实验进展，重点关注范德华异质结构中的涌现现象及其提供的新视角。这些现象包括邻近使能的自旋轨道效应、电子自旋与光的耦合、电可调谐性和2D磁性。
2020-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Surface resistivity of hydrogenated amorphous carbon films: Existence of intrinsic graphene on its surface
测量了氢化非晶碳膜的表面电阻率随外加电场的变化。测得的依赖性示出了一个尖锐的双极峰值接近零栅极电压。此外，我们发现在一些样品中，峰值处的薄层电阻低至7.5 kΩ/sq。该值与无缺陷石墨烯单层的薄层电阻具有相同的数量级。由此得出结论：在非晶碳膜表面存在至少毫米级的本征石墨烯。这些结果不仅可以为石墨烯的应用开辟新的前景，还可以更好地理解这种独特的材料。
2014-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen on graphene: Electronic structure, total energy, structural distortions, and magnetism from first-principles calculations
利用密度泛函理论计算了氢化单层、双层和多层石墨烯的电子结构、总能量、结构畸变和磁性。研究发现，氢致磁性只能在氢原子浓度很低的情况下（单原子状态）才能存在，而具有优化结构的氢对通常是磁性的。化学吸附能作为氢浓度的函数计算，以及氢结合和释放的能量障碍。结果表明石墨烯是一种很有前景的储氢材料。讨论了石墨烯、纳米管和块状石墨氢化之间的差异。
2007-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Chemical functionalization of graphene with defects
缺陷本质上不仅改变石墨烯的电子性质，而且改变其化学活性中心的化学性质。它们的功能化是修饰石墨烯的电子和晶体结构的一种方式，这对于基于石墨烯的纳米电子学可能是重要的。以氢为例，我们通过密度泛函计算模拟了一类缺陷（Stone-Wales缺陷，双空位，氮取代杂质和锯齿形边缘）的不完美石墨烯的化学。我们还研究了石墨烯纳米带的有限宽度对其化学性质的影响。它示出，在石墨烯边缘的磁性是脆弱的相对于氧化，因此，石墨烯边缘的化学保护可能需要石墨烯在自旋电子学中的应用。同时，Stone-Wales缺陷的氢化可能是制备磁性碳的一种有前景的方法。
2009-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial graphene/Ge interfaces: a minireview
最近发现的在半导体Ge表面上进行石墨烯层的直接外延生长的能力导致了对该主题的巨大兴趣。这种兴趣的原因之一是有机会克服现代半导体技术中石墨烯集成方式上的几个当今缺点。另一个与新的石墨烯-半导体界面的基础研究有关，这可能有助于更深入地理解机制，这些机制控制石墨烯在不同衬底上的生长，并揭示石墨烯与这些衬底的相互作用，其范围现在从金属扩展到绝缘体。本文对石墨烯-锗外延界面的研究现状进行了综述，并提出了今后的研究方向。
2020-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Twistronics in graphene-based van der Waals structures
范德华（vdW）结构的电子性质可以通过莫尔超晶格势进行实质性的修改，这强烈地依赖于化合物之间的扭转角。在扭曲双层石墨烯中，两个低能范霍夫奇点（VHS）随着扭曲角的减小而靠近，最终在魔角（~ 1.1度）处变成高度非色散的平坦带。当费米能级位于魔角附近的TBG平带内时，库仑相互作用超过了电子的动能，这将驱动系统进入各种强关联相.此外，强关联态的平带也实现在其他石墨烯基的vdW结构与层间扭曲。本文主要综述了魔角TBG（MATBG）和小角扭曲多层石墨烯强关联物理的实验研究进展。最后，我们将对这一领域进行展望。
2020-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tunable Conformal Graphene Growth on Oxide Nanotube scaffolds: Towards Superwettable Hierarchical 2D-3D Architectures
Universidad de Sevilla（塞维利亚大学）；GREMI, Groupe de Recherches sur l’Energétique des Milieux Ionisés (CNRS-Université d’Orléans)（离子介质能源研究组（法国国家科学研究中心-奥尔良大学））；Kiel University（基尔大学）；Westfälische Hochschule（西威斯特法伦应用科技大学）
本研究开发了一种低温可扩展的等离子体辅助方法，在氧化物纳米管支架上实现可调谐保形石墨烯生长，制备出的分级结构表面具有无氟长期全疏性，可应用于智能表面等领域。
2026-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Graphene Physics in Graphite
单层碳被称为“石墨烯”，石墨是由它制成的，由于最近令人兴奋的实验结果，它引起了科学界的广泛兴趣。石墨烯从基础研究的角度以及潜在的技术应用来看都很有趣。在这里，我们简要概述了这一领域的最新发展，特别是石墨的电子特性。实验证据表明，高质量的石墨是具有几乎解耦的2D石墨烯平面的多层系统。根据实验观察，我们预计薄石墨样品而不是单层将是石墨烯电子产品最有前途的候选者。
2008-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Stacking control in graphene-based materials: a promising way for fascinating physical properties
石墨烯被定义为石墨的单个原子平面，是在价带和导带之间具有小重叠的半金属。石墨烯堆叠到几个原子层可以产生不同的物理性质，这取决于堆叠方式。双层石墨烯也是半金属，采用AB-堆叠（或Bernal-堆叠）结构或罕见的AA-堆叠结构。三层或几层石墨烯（FLG）可以是半金属或半导体，这取决于它是采用Bernal（ABA）堆叠还是菱形（ABC）堆叠。我们将对最近两种温和的方法进行展望，通过从ABC堆积到ABA堆积的局部过渡来控制堆积。相信随着石墨烯基材料的快速发展，这些用于堆叠控制的技术可以用于更复杂的结构，以实现迷人的性能和器件。
2019-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Emerging 2D Materials for Beyond von Neumann Computing: A Perspective
School of Electrical and Computer Engineering, University of Oklahoma（俄克拉荷马大学电气与计算机工程学院）
二维材料通过原子薄结构、可调载流子密度和大光学响应，为构建非冯·诺依曼计算设备提供平台，重点探讨三种方向的进展：石墨烯和石墨烯纳米ribbon晶体管、氧化物和二维集成突变电阻器、硅兼容的二维光热发射结构。
2026-05-10 cond-mat.mtrl-sci cs.AR
Origin and Perspectives of High Mobility in LaAlO3/SrTiO3 Structures
LaAlO 3/SrTiO 3结构显示高迁移率导电最近引起了很大的期望，因为它们可能代表了迈向全氧化物电子器件概念的重要一步。对于这些技术应用的发展，充分了解的维度和起源的导电电子系统是至关重要的。为了阐明这个问题，我们已经研究了LaAlO 3层在低氧压下外延生长的TiO 2终止的（001）-SrTiO 3衬底上的磁输运性质。与最近的报道一致，低温迁移率约为10^4 cm 2/Vs。我们最终表明，电子系统是三维的，不包括任何载流子的界面限制。我们认为，高迁移率导电起源于掺杂的SrTiO 3与氧空位，它延伸到SrTiO 3衬底的数百微米。这种高迁移率的SrTiO 3基异质结构具有独特的潜力，电子和自旋电子器件。
2006-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Realization of Topological Mott Insulator in a Twisted Bilayer Graphene Lattice Model
魔角扭曲双层石墨烯最近成为一个蓬勃发展的材料平台，实现相关电子现象发生在其拓扑平坦带。几种数值和分析方法已被应用于理解其中的关联相，揭示了与量子霍尔物理学的一些相似之处。在这项工作中，我们提供了一个莫特哈伯德的TBG系统的角度来看。在只包含投影库仑相互作用的晶格模型上利用大尺度密度矩阵重整化群，我们发现了绝缘条纹相和量子反常Hall态之间的一阶量子相变，其陈数为$\pm 1$ .我们的结果不仅揭示了在四分之三填充时发现的量子反常霍尔态的机制，而且提供了拓扑莫特绝缘体的一个例子，即，强耦合极限下的量子反常霍尔态。
2021-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermoelectric effects in selfsimilar multibarrier structure based on monolayer graphene
热电效应近年来引起了物理学家和工程师的广泛关注。在这项工作中，我们探索的自相似模式的单层石墨烯基结构的热电效应，通过使用量子相对论狄拉克方程。传输矩阵法被用来计算传输系数。Landauer Buttiker形式主义和Cutler Mott公式被用来计算电导，塞贝克系数和功率因数。在输运和热电性质中，我们发现了自相似行为和世代之间的比例因子。此外，我们实现这些规模不变性一般缩放规则。我们提出了一个新的分析证明的自相似性塞贝克系数。这些发现可以为实验工作者开发热电器件开辟广阔的前景。
2020-12-03 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Automated Real-Space Lattice Extraction for Atomic Force Microscopy Images
分析原子分辨率的图像是一个耗时的过程，需要丰富的经验和大量的人工干预。此外，所获取的图像包含大量信息，例如晶体结构、缺陷的存在和分布以及域的形成，需要解析这些信息以了解材料的表面结构。因此，机器学习技术在过去几年中已被应用于扫描探针和电子显微镜，旨在实现自动化和高效的图像分析。这项工作介绍了一个免费和开源的工具（AiSurf：表面图像自动识别），通过尺度不变特征变换（SIFT）和聚类算法（CA）来检查原子分辨率的图像。AiSurf从原始图像中提取原始晶格矢量、单位单元和结构失真，无需对晶格进行预先假设，并且用户干预最少。该方法适用于各种原子分辨的非接触式原子力显微镜（AFM）图像的选定的表面具有不同程度的复杂性：SrTiO2（101），缺氧金红石型TiO2（110）与CO吸附，SrTiO3（001）与Sr空位和石墨烯与C空位。该代码提供了出色的结果，并已被证明是强大的原子错误分类和噪音，从而促进解释扫描探针显微镜图像。
2022-08-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
