Doping dependence of the Raman spectrum of defected graphene
我们调查的拉曼光谱的缺陷作为掺杂的功能的演变。聚合物电解质门控允许我们移动费米能级高达0.7 eV，由\textit{in-situ}霍尔效应测量监测。对于一个给定的缺陷数，我们发现，D和D'峰的强度随掺杂的增加而降低。我们将此归因于光激发电子和空穴的总散射率增加，这是由于电子-电子散射的掺杂依赖强度。我们提出了一个一般的关系D峰强度和缺陷适用于任何掺杂水平
2014-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Seebeck effect in graphene devices by strain and doping engineering
在这项工作中，我们研究了通过应变和掺杂工程来提高石墨烯器件中的热电功率（塞贝克系数）的可能性。虽然局部应变可以导致k空间中不同石墨烯部分的狄拉克锥的未对准，但是掺杂工程导致它们的能量位移。通过结合这两种效应，我们证明了可以实现高达几百meV的导电间隙，因此增强的塞贝克系数可以达到高于1.4 mV/K的值，在石墨烯掺杂的异质结与局部应变区。这种异质通道似乎非常有希望扩大石墨烯器件在应变和热传感器中的应用。
2015-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular Doping of Graphene
石墨烯是一种单原子厚的零能隙半导体[1，2]，由于其显著的物理性质，从类似于相对论动力学的电子光谱[3-12]到环境条件下的弹道输运[1-4]，石墨烯吸引了越来越多的兴趣。后者使石墨烯成为未来电子产品的一种有前途的材料，最近证明了化学掺杂而不显著改变迁移率的可能性，进一步改善了石墨烯的前景[13]。然而，要找到最佳的掺杂剂，更一般地说，要朝着石墨烯基电子产品的方向发展，需要了解化学掺杂背后的物理机制，而这是迄今为止所缺乏的。在这里，我们提出了第一个联合实验和理论研究吸附在石墨烯上。我们阐明了掺杂强度和吸附物是否具有磁矩之间的一般关系：顺磁性的单个NO2分子被发现是一个强的受体，而其抗磁性的二聚体N2 O 4只导致弱掺杂。这种效应与石墨烯特有的态密度有关，这为半导体中掺杂效应的模型研究提供了理想的条件。此外，我们解释了最近关于其“化学传感器”特性的结果，特别是检测单个NO2分子的可能性[13]。
2007-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scanning Gate Microscopy on Graphene: Charge Inhomogeneity and Extrinsic Doping
我们已经进行了扫描栅显微镜（SGM）的石墨烯场效应晶体管（GFET），使用偏置的金属纳米线涂有介电层作为接触模式的尖端和局部顶栅。在各种背栅电压下通过石墨烯的电传输被监测为尖端电压和尖端位置的函数。在狄拉克点附近，石墨烯电阻对尖端电压的依赖性显示出随尖端位置的显著变化。SGM成像揭示了电子掺杂和空穴掺杂区域的介观域。我们的测量表明，由于非本征局部掺杂，石墨烯中的载流子密度存在显著的空间波动（约为10^12/cm ^2）。在我们的样品中发现的这种掺杂的重要来源包括金属接触，石墨烯的边缘，结构缺陷和抗蚀剂残留物。
2010-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge doping induced phase transitions in hydrogenated and fluorinated graphene
我们发现，电荷掺杂可以诱导氢化和氟化石墨烯中三种不同的吸附物相之间的转变。通过结合从头算，近似密度泛函理论和紧束缚计算，我们确定了过渡从岛的C $_8$ H $_2$和C $_8$ F $_2$的随机吸附分布周围的掺杂水平$\pm 0.05$ e/C-原子。此外，在具有随机吸附物覆盖的情况下，电荷掺杂被示出为触发有序转变，其中当掺杂水平超过吸附物浓度时，亚晶格对称性自发地被破坏。再杂化能和晶格畸变能使得仅从一侧共价官能化的石墨烯最容易发生这两种相变。与聚集和有序转变相关的能量增益超过室温热能。
2013-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Doping and Scattering by Transition Metals on Graphene
我们采用分子束外延结合原位输运测量的方法研究了过渡金属（TM）对石墨烯中电子掺杂和散射的影响。TM在石墨烯上的室温沉积产生掺杂n型的所有TM研究（Ti，Fe，Pt）的集群。我们还发现，TM团簇的散射表现出不同的行为相比，1/r库仑散射。在高覆盖率下，Pt膜能够产生n型或弱p型掺杂，这为理论预测的有利于n型掺杂的强界面偶极子提供了实验证据。
2009-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature Tunable Fano Resonance by Chemical Doping in Few-layer Graphene Synthesized by Chemical Vapor Deposition
利用红外傅里叶变换光谱在室温下观察到了少层（~3）石墨烯中的类Fano声子共振。这种Fano共振是石墨烯中的离散面内晶格振动模式和连续电子激发之间的强电子-声子相互作用的表现。通过氨水化学掺杂，我们得到了不同的Fano线形状，从空穴掺杂的石墨烯中的反共振到n型石墨烯中的声子主导。当费米能级位于狄拉克点附近时，Fano共振表现出最强的干涉特征。带电声子表现出大大增强的振子强度，并随着电子密度的增加经历连续的频率红移。研究表明，随着费米能级的变化，声子耦合到不同的电子跃迁。
2010-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evolution of the electronic band structure of twisted bilayer graphene upon doping
扭曲双层石墨烯的电子能带结构发展出范霍夫奇点，其能量取决于两层之间的扭曲角。使用拉曼光谱，我们监测掺杂后的电子能带结构的演变，使用G峰面积，当激光光子能量与van Hove奇点的能量分离共振时，G峰面积增强。在电荷掺杂时，拉曼G峰面积最初对于大于临界角的扭转角增加，并且对于较小的角度减小。为了解释这种具有扭曲角的行为，范霍夫奇点的分离能量必须随着电荷密度的增加而降低，这证明了通过掺杂改变扭曲双层石墨烯的电子和光学性质的能力。
2017-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of doping on non-equilibrium carrier dynamics in graphene
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Technical University Chemnitz（开姆尼茨工业大学）；Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工学院）
本文通过钾掺杂调控石墨烯的掺杂水平，利用trARPES研究其超快载流子动力学，发现掺杂增加会降低电子温度和冷却速率，为优化石墨烯光电器件提供新见解。
2025-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Water-Gated Charge Doping of Graphene Induced by Mica Substrates
我们报告存在的水栅电荷掺杂的原子级平坦的云母基板上沉积的石墨烯。发现在通过微机械剥离kish石墨制备的石墨烯/云母异质堆叠的界面区域中存在约0.4 nm厚的双层单元中的水分子膜。如通过拉曼映射可视化的G和2D带的光谱变化示出云母衬底诱导石墨烯中的强p型掺杂，空穴密度为$(9 \pm 2) \times 1012 cm$ {-2}$。然而，疏水膜有效地阻止界面电荷转移，使石墨烯的空穴掺杂显著减少。扫描开尔文探针显微镜独立证实了水门调制的费米能级由0.35 eV，与光学确定的空穴密度。在这项研究中展示的石墨烯的电子性质的操纵应该作为一个有用的工具，在实现未来的石墨烯应用。
2012-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of Extrinsic Interface Traps and Doping Atoms on Conductivity of Graphene Field Effect Devices
石墨烯表面上或石墨烯-电介质界面处的近界面氧化物陷阱和化学杂质可以是石墨烯片的有意或无意掺杂的来源。这种化学掺杂的效率可以根据石墨烯场效应器件的参数在宽范围内变化。需要理解掺杂效率对器件特性的这种敏感性的机制。本文的目的是从理论上推导出适合石墨烯化学掺杂显式计算的解析关系式。
2019-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tuning the van der Waals Interaction of Graphene with Molecules via Doping
我们使用扫描隧道显微镜来可视化和热脱附光谱来定量测量萘分子与石墨烯（Gr）的结合，纯范德华（vdW）相互作用的情况，用$n$增强-并且用$p$减弱-掺杂Gr。密度泛函理论计算包括无缝的vdW相互作用，从头算方法准确地再现了结合能中观察到的趋势。基于模型计算，我们提出通过掺杂改变Gr的$π$轨道的空间范围来改变vdW相互作用。
2015-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing the nanoscale origin of strain and doping in graphene-hBN heterostructures
我们使用共焦拉曼显微镜和改进的矢量分析方法，调查剥离的石墨烯六方氮化硼（hBN）异质结构上的应变和载流子浓度的纳米级起源二氧化硅（SiO2）。研究了两种类型的异质结构：SiO2上的石墨烯部分由hBN覆盖，石墨烯完全封装在两个hBN薄片之间。我们扩展的矢量分析方法，产生的应变和掺杂的异质结构的变化的空间图。这使我们能够可视化并直接量化环境对载流子浓度以及石墨烯应变的影响。此外，我们证明了应变和载流子浓度的变化在石墨烯中产生的异质结构，如断裂，折叠和气泡层之间捕获的纳米级功能。对于hBN封装的石墨烯中的气泡，流体静力学应变被示出为在气泡中心处是最大的，而载流子浓度的最大值被定位在气泡边缘。拉曼光谱被证明是一种非侵入性的工具，用于探测石墨烯中的应变和掺杂，这可能被证明是有用的二维设备的工程。
2018-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impossibility of Increasing N$\acute{\textrm{e}}$el Temperature in Zigzag Graphene Nanoribbon by Electric Field and Carrier Doping
我们研究了反铁磁有序锯齿形石墨烯纳米晶中N-$\acute{\textrm{e}}$电致发光温度作为临界温度对电场和空穴-电子掺杂的依赖关系。在平均场近似下，通过平均布里渊区中的磁振子能量来计算温度。我们采用广义布洛赫定理代替超原胞方法来获得磁振子谱，从而大大减少了计算量。我们发现，当增加电场和空穴-电子掺杂时，N $\acute{\textrm{e}}$的el温度降低，因此这些处理不会提高N $\acute{\textrm{e}}$ el温度。
2021-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scanning Raman spectroscopy of graphene antidot lattices: Evidence for systematic p-type doping
我们研究了反点晶格，这是通过电子束光刻和离子刻蚀剥离石墨烯单层制备，通过扫描拉曼光谱。在一系列样品中，系统地研究了碳晶格特征声子模的峰位、峰宽和强度。在图案化的样品中，我们发现G带模式的系统硬化，伴随着线变窄，而2D模式能量被发现与G模式能量线性相关。我们将此解释为纳米结构石墨烯的p型掺杂的证据。
2010-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning many-body interactions in graphene: The effects of doping on excitons and carrier lifetimes
石墨烯的光学性质受到电子-电子（e-e）和电子-空穴（e-h）相互作用的强烈影响。在这里，我们通过改变自由载流子的密度来调节这些多体相互作用。从红外到紫外的测量揭示了电子和空穴掺杂的石墨烯的光学电导率的显着变化。鞍点激子共振的位移、加宽和形状的改变反映了载流子对多体相互作用的强屏蔽，以及准粒子寿命的变化。从头计算的GW Bethe-Salpeter方程（GW-BSE），其中考虑到修改的排斥e-e和吸引e-h相互作用，提供了良好的协议与实验。了解石墨烯在广泛掺杂范围内的光学性质和高能载流子动力学对于基础石墨烯物理学和石墨烯在光子学中的新兴应用至关重要。
2013-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Complementary-like Graphene Logic Gates Controlled by Electrostatic Doping
用石墨烯实现逻辑电路对于高速纳米电子学是非常有吸引力的。然而，固有的双极性质阻碍了具有传统互补架构的石墨烯逻辑器件的形成。使用静电掺杂调制，我们在这里展示了一种简便的方法来控制电荷中性点，并形成一个互补的结构，其中双极导电被用来作为一个好处，而不是一个缺点，以构建逻辑器件。在沟道中还引入带隙以提高石墨烯晶体管的开关比。第一次展示了互补的NOR和NAND逻辑门。该方法为双极性石墨烯的逻辑电路提供了一条可能的路线，原则上也可以推广到其他双极性半导体，如有机化合物和碳纳米管薄膜。
2011-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron-electron interactions and doping dependence of the two-phonon Raman intensity in graphene
拉曼光谱是表征石墨烯样品的快速、非破坏性手段。特别地，拉曼光谱显示出对掺杂的显著依赖性。虽然G峰的位置和宽度的变化可以通过$Γ$处的非绝热Kohn异常来解释，但是还没有解释2D峰强度的显著掺杂依赖性。在这里，我们表明，这是由于电子-声子和电子-电子散射的组合。在全共振条件下，光生电子-空穴对不仅可以与声子散射，还可以与掺杂诱导的电子或空穴散射，这改变了强度。我们解释了掺杂的依赖性，并展示了它如何可以用来确定相应的电子-声子耦合。这是高于预测的密度泛函理论，作为一个后果的重整化库仑相互作用。
2009-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical Separation of Mechanical Strain from Charge Doping in Graphene
石墨烯，由于其优异的拉伸性，表现出丰富的结构变形行为，其应变工程已被证明是有用的，在修改其电子和磁性。尽管拉曼G和2D模式的应变敏感性，在二氧化硅衬底上的石墨烯中的原生应变的光学表征已经被干扰两种模式的过量电荷所阻碍。在这里，我们表明，应变和电荷的影响，可以在光学上相互分离的两种模式的相关分析，使两者的简单量化。具有在-0.2%至0.4%之间随机发生的面内应变的石墨烯在热处理时经历适度压缩（-0.3%）和显著的空穴掺杂。这项研究表明，基板介导的机械应变是一个普遍存在的现象，在二维材料。所提出的分析将在表征石墨烯基材料和器件方面有很大的用处。
2012-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-Molecule Magnet Mn$_{12}$ on GaAs-supported Graphene: Gate Field Effects From First Principles
研究了Mn $_{12}$ O $_{12}$（COOH）$_{16}$（H $_2$ O）$_4$的栅场效应|石墨烯|砷化镓异质结构的第一性原理计算。我们发现在中等掺杂水平下，电子可以被加入到单分子磁体Mn $_{12}$ O $_{12}$（COOH）$_{16}$（H $_2$ O）$_4$（Mn $_{12}$）中，但不能从其中取出. Mn $_{12}$的磁各向异性能（MAE）随着电子掺杂水平的增加而降低，这是由于电子从石墨烯转移到Mn $_{12}$以及Mn $_{12}$和石墨烯之间的能带对准的变化。在$-5.00 \times 10^{13}\, \textrm{cm}^{-2}$的电子掺杂水平下，与零掺杂相比，MAE降低约18%。由于GaAs的价带接近费米能级，石墨烯和GaAs之间的能带对准对电子掺杂比空穴掺杂更敏感。GaAs衬底在零栅极场和几乎无应变的配置下在支撑的石墨烯中诱导小的带隙。最后，我们提出了一个垂直隧道结探测通过电子输运测量MAE的栅极依赖性。
2022-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Doping Effects on Charge Transport in Graphene Nanoribbons
我们提出了第一性原理计算的量子输运在化学掺杂的石墨烯纳米带的宽度高达4 nm。硼和氮杂质的存在下示出产生共振背散射，其功能是强烈依赖于的对称性和宽度的带，以及掺杂剂的位置。当杂质保持扶手椅带的镜像对称性时，在π-π * 平台上获得对后向散射的完全抑制。此外，观察到一个不寻常的受体-施主过渡在锯齿形带。这些非常规的掺杂效应可以用来设计新型的开关器件。
2009-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical Phonons in Twisted Bilayer Graphene with Gate-Induced Asymmetric Doping
利用拉曼光谱研究了具有离子凝胶栅结构的扭曲双层石墨烯（tBLG）器件，在扭曲角区域可以观察到共振增强的G带。我们观察到突出的分裂和强度猝灭的G拉曼带时，载流子密度被调谐远离电荷中性。这种G峰分裂归因于两个石墨烯层中的不对称电荷掺杂，这揭示了石墨烯的两个弱耦合层的个体声子自能重整化。我们估计的有效层间电容在低掺杂浓度的tBLG使用层间屏蔽模型。两个G峰的异常强度猝灭归因于两个鞍点（van Hove奇点）之间的共振带间跃迁的抑制，这是在动量空间中通过门调谐位移。此外，我们观察到软化（硬化）的R拉曼带，超晶格诱导的声子模式tBLG，在电子（空穴）掺杂。我们的研究结果表明，栅极调制可以用来控制tBLG器件的光电和振动特性。
2014-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuneable molecular doping of corrugated graphene
采用密度泛函理论（DFT）模拟了四种不同类型的分子（甲苯、溴二聚体、水和二氧化氮）在石墨烯波纹上的物理吸附。对于所有类型的分子，均发现了平面石墨烯的电荷转移能和结合能的变化，并提出了波纹石墨烯电子结构和碳原子π轨道转角的变化以及吸附分子化学结构的变化是导致完美石墨烯情况和不同类型分子吸附性质差异的原因.计算结果表明，波纹的顶部对大分子更有吸引力，波纹之间的谷对小分子更有吸引力。讨论了分子在波纹上的稳定性以及在平坦和波纹状石墨烯上迁移的能垒。
2010-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanisms of doping graphene
我们区分掺杂石墨烯的三种机制。利用密度泛函理论研究了F4-TCNQ等电负性分子和K等电正性金属分别掺杂石墨烯的p型和n型结构。预期这些掺杂剂导致库仑散射引起的载流子迁移率降低，但没有任何滞后效应。第二，Au对双层石墨烯而非单层石墨烯的掺杂表现出一种新的掺杂机制。第三，电化学掺杂受氧化还原反应的影响，并且可以导致通过潮湿气氛的p掺杂和通过NH3和甲苯的n掺杂。
2010-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Electronic inhomogeneities in graphene: the role of the substrate interaction and chemical doping
我们使用扫描探针显微镜技术探测石墨烯在纳米尺度上的电子性质的局部不均匀性。首先，我们重点研究了氧化硅上剥离的石墨烯样品中石墨烯-基底相互作用引起的电子不均匀性。我们发现，带电杂质，存在于石墨烯基板界面，扰动载流子密度显着改变石墨烯的电子性质。这一发现有助于理解通常在石墨烯基电子器件中观察到的器件间变化。其次，我们探讨了化学改性对石墨烯电子性质的影响，石墨烯是通过化学气相沉积在镍上生长的。我们发现，氢的化学吸附和卟啉分子的物理吸附都强烈地抑制了低偏压下的电导，表明石墨烯中的带隙的开放，为石墨烯的电子性质的化学工程铺平了道路。
2012-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Local Electrical Stress-Induced Doping and Formation of 2D Monolayer Graphene P-N Junction
我们展示了通过局部电应力在2D单层石墨烯中的掺杂。通过石墨烯系统的电阻-电压转移特性确认的掺杂被观察到随着电应力水平（电压）的增加从N型到P型连续可调。提出了两个主要的物理机制来解释所观察到的现象：表面化学的N型掺杂（在低水平的应力）和热激活的电荷转移从石墨烯到SiO2衬底的P型掺杂（在高水平的应力）的修改。基于局部施加的电应力，证明了在二维石墨烯单层上利用互补掺杂形成pn结。
2011-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Edge states of zigzag graphene nanoribbons with B and N doping at edge atoms
采用紧束缚模型，理论研究了锯齿形石墨烯纳米带最外层的C原子被B和N原子取代后的锯齿形硼碳氮（BCN）纳米带的电子性质.结果表明，除了六倍超原胞的情况外，当B原子和N原子数目相等时，费米能级上出现平带和边缘态。为了研究BCN纳米带中边缘态的起源，我们考虑了具有锯齿形边缘的半无限石墨烯片，其中最外面的C原子被B和N原子取代。我们分析表明，在锯齿形的边缘和平坦的频带使用传输矩阵方法的边缘状态的存在。
2013-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley symmetry breaking and gap tuning in graphene by spin doping
我们研究了具有吸附自旋纹理的石墨烯，其中局部自旋产生周期性的磁通量。后者在石墨烯光谱中产生间隙并打破谷对称性。由此产生的有效的电子模型，这是类似于Haldegree的周期性通量模型，使我们能够调整一个山谷的间隙独立于其他山谷。这导致两个霍尔平台和量子霍尔跃迁的形成。我们讨论了非零频率和非零温度下的态密度、光学纵向电导率和霍尔电导率。当外场频率与间隙宽度一致时，霍尔电导率出现一个强对数奇异性。
2010-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of multi-control graphene doping using light-switching molecules
石墨烯中的高载流子迁移率保证了其在电子应用中的实用性。偶氮苯是一种广泛研究的用于可切换光电子器件的有机分子，其可以用各种各样的配体合成并沉积在石墨烯上。利用第一性原理计算，我们研究了物理吸附的偶氮苯分子与不同的电子给体和电子接受体的石墨烯掺杂。我们证实了先前的实验结果，表明更大的p-掺杂的石墨烯的反式相比，顺式配置时，使用SO $_3$电子接受配体，但是，我们发现，NO $_2$配体最大化异构体之间的p-掺杂的差异。我们还研究了当石墨烯单层支撑在二氧化硅衬底上时，这些掺杂效应如何变化。然后，我们通过检查施加的电偏压和机械应变的石墨烯，这导致在掺杂的反式和顺式异构体的变化的掺杂效果扩展这些发现。这些结果证明了一种新型的多控制装置，其结合光、电场和应变来改变石墨烯中的载流子浓度。
2014-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Designing band gap of graphene by B and N dopant atoms
采用从头计算方法研究了硼（B）和氮（N）掺杂石墨烯片的几何结构和电子结构。掺杂的效果已经通过改变掺杂剂的浓度从2%（50个主体原子中的掺杂剂的一个原子）到12%（50个主体原子中的六个掺杂剂原子）并且还通过考虑对于相同浓度的替代掺杂的不同掺杂位点来研究。所有的计算都是用基于密度泛函理论的VASP（Vienna Ab-initio Simulation Package）进行的。通过B和N掺杂，在石墨烯片中分别诱导p型和n型掺杂。虽然石墨烯片的平面结构不受掺杂影响，但随着掺杂剂数量的增加，电子性质从半金属变为半导体。已经观察到，形成的异构体在稳定性、键长和引入的带隙方面显著不同。当掺杂剂被放置在石墨烯的相同子晶格点处时，由于子晶格的对称性破缺的组合效应，带隙最大，并且当掺杂剂被放置在相邻位置（交替的子晶格位置）处时，带隙闭合。这些有趣的结果提供了根据需要调节石墨烯带隙的可能性，以及其在电子器件中的应用，例如在聚合物电解燃料电池（PEFC）中替代Pt基催化剂。
2012-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and structural distortions in graphene induced by carbon vacancies and boron doping
通过热力学和能带结构计算，对改性石墨烯中空位的产生、硼原子的引入以及两者共存所导致的结构和电子畸变进行了从头算研究.在硼原子与空位共存的情况下，只有当硼原子远离空位时，改性石墨烯才呈现自旋极化。因此，当硼原子填充单空位和双空位时，其抑制电荷密度的自旋极化。特别地，当B原子填充双空位时，发生新型重排，其中形成稳定的BC4单元，引起石墨烯的重要面外畸变。所有这些发现表明，石墨烯的新化学修饰和新型空位可用于感兴趣的应用，如传感器和化学标记。
2010-06-03 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
Electrochemical doping of graphene
石墨烯的电学性质被与之相互作用的化学物种所修饰，我们研究了甲苯（C6H5CH3）掺杂石墨烯基器件的效果。我们表明，这种影响有一个复杂的字符。甲苯被视为供体，将电子转移到石墨烯。然而，掺杂的程度被认为取决于施加在石墨烯和附近电极之间的电场的大小和极性。这可以根据由石墨烯晶体介导的电化学反应来理解。
2010-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Identification of a strong contamination source for graphene in vacuum systems
为了最小化由不受控制的材料吸附引起的寄生掺杂效应，通常在真空下研究石墨烯。在这里，我们报告了一个完全意想不到的现象发生在真空系统中，即强n掺杂的石墨烯由于常见的离子高真空计产生的化学物种。这种效应--在石墨烯暴露在空气中时是可逆的--是显著的，因为掺杂速率可以大大超过10^{12} cm^{-2}/小时，这取决于压力和测量仪与石墨烯设备的相对位置。重要的是要意识到这种现象，因为它的基本表现可能被错误地解释为p型掺杂剂的真空诱导脱附。
2013-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Control of Raman scattering quantum interference pathways in graphene
石墨烯是通过调节掺杂或激光激发能来研究量子干涉路径相干性的理想平台。后者产生的拉曼激发分布，提供了直接洞察到中间电子激发的寿命，因此，量子干涉，这至今仍然难以捉摸。在这里，我们通过调节掺杂至1.05eV的石墨烯中的激光激发能来控制拉曼散射路径，高于静电掺杂可实现的能量。G模的拉曼激发曲线表明其位置和半峰全宽与掺杂成线性关系。掺杂增强的电子-电子相互作用主导拉曼散射路径的寿命，并减少拉曼干扰。这为在掺杂石墨烯、纳米管和拓扑绝缘体中设计量子通路铺平了道路。
2023-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Manipulating the fully spin-polarized edge currents in graphene ribbon
在紧束缚模型下，考虑了磁场的轨道分裂效应和塞曼分裂效应，数值研究了非均匀磁场作用下石墨烯中电子的完全自旋极化边缘态.我们表明，完全自旋极化电流可以操纵的栅极电压。为了在自旋相关输运中利用全自旋极化电流，设计了一个三端实验，并期望输出全自旋极化电流。这可能在基于自旋的纳米器件中具有重要应用。
2011-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crown Graphene Nanomeshes: Highly Stable Chelation-Doped Semiconducting Materials
通过在石墨烯中产生孔超晶格而形成的石墨烯纳米网（GNM）由于其半导体性质（包括分数eV带隙的出现）而成为基于石墨烯的电子器件的可能途径。如果开发出稳定和可控地掺杂GNM的方案，则GNM的效用将显著增加。在这项工作中，提出了一种基于选择性孔周边钝化和随后的离子螯合的化学激发的GNM掺杂方法。第一性原理计算表明，离子螯合导致钝化GNM的稳定掺杂-{ \it n}-和{ \it p}-掺杂在刚性带图片内实现。这种螯合或"冠“GNM结构是具有本征掺杂浓度控制的稳定的高迁移率半导体材料;这些可以用作包括基于GNM的互补金属氧化物半导体（CMOS）型逻辑开关的无边缘石墨烯纳米电子器件的构建块。
2013-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Strengthening of Graphene by Charge Doping
石墨烯被认为是自然界中最强的2D材料，但我们表明，电子或空穴的适度电荷掺杂可以进一步提高其理想强度高达~ 17%，基于第一性原理计算。这种不寻常的电子增强，相对于传统的结构增强，材料的强度是通过一个有趣的物理机制的电荷掺杂抵消应变引起的增强科恩异常，这导致区域边界K1声子模式的整体硬化，在应变下的软化是石墨烯失效的原因。由于石墨烯的狄拉克点周围的高电子-空穴对称性，电子和空穴以相同的方式工作，而过度掺杂可能通过软化其他声子模式来削弱石墨烯。我们的发现揭示了石墨烯的另一个迷人的特性，在石墨烯基机电设备中具有广泛的意义。
2012-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Doping of Graphene Nanoribbons via Functional Group Edge Modification
我们报道了在表面上合成7个腈基取代的扶手椅型石墨烯纳米带（7-AGNRs）。CN基团通过修饰7-AGNR前体连接到GNR骨架上。虽然这些基团中的许多幸存的表面上的合成，反应过程导致一些CN从带状骨架和表面上的环异构化的几个腈到吡啶环的裂解。扫描隧道能谱和密度泛函理论揭示CN基团表现为非常有效的n型掺杂剂，显著地降低带的能带，并引入与氮电子孤对相关的深杂质能级。
2017-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Silicon carbide stacking-order-induced doping variation in epitaxial graphene
一般认为外延石墨烯中的费米能级受两种效应控制：由六角SiC（0001）衬底体诱导的p型极化掺杂和与缓冲层相关的类施主态的过补偿。在这项工作中，我们的证据表明，这种效果也与特定的底层SiC梯田。我们制作了一个周期性的序列不相同的SiC梯田，这是明确归因于特定的SiC表面终端。实验观察到SiC终端和电子石墨烯性能之间的明确相关性，并通过各种互补的表面敏感方法证实。我们将这种相关性归因于SiC终止依赖的极化掺杂对上覆石墨烯层的邻近效应。我们的研究结果为纳米级掺杂工程开辟了一条新途径，即在介电极性衬底上自图案化外延石墨烯和其他2D层。
2020-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electrostatic doping of graphene through ultrathin hexagonal boron nitride films
当与石墨烯结合时，六方氮化硼（h-BN）是构建金属h-BN的理想衬底和栅极电介质|石墨烯场效应器件。我们采用第一性原理密度泛函理论（DFT）对Cu| h-BN|石墨烯堆叠以研究石墨烯掺杂如何取决于h-BN层的厚度和施加在Cu和石墨烯之间的电势差。我们开发了一个分析模型，描述了掺杂非常好，使我们能够确定的关键参数，管理设备的行为。预测的石墨烯的本征掺杂对于Al 2 O3-BN层特别突出，并且应该在实验中观察到。它主要是由新的界面项，我们从DFT计算评估的个别材料和h-BN和Cu或石墨烯之间的界面。
2011-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Surface charge-transfer doping a quantum-confined silver monolayer beneath epitaxial graphene
最近，石墨烯/SiC界面已经成为一个通用的平台，否则不稳定的，单元素，二维（2D）层通过嵌入外延。它们内部覆盖了一个带有顶部石墨烯的范德华异质结构，构成了一类新的量子材料，与它们的母体大块晶体相比具有惊人的特性。嵌入银提出了一个典型的例子，其中2D量子限制和反转对称性破缺需要金属到半导体的转变。然而，很少有人知道相关的未被占领的国家，和控制费米能级的位置跨越带隙将是可取的。在这里，我们通过原位钾沉积对石墨烯/2D-Ag/SiC异质叠层进行n型掺杂，并通过基于同步加速器的角度分辨光电子能谱学探测其能带结构。虽然在$10^{14}$ cm $^{-2}$数量级上的诱导载流子密度还不足以达到银导带的起始，但是石墨烯的能带排列相对于刚性移动的Ag价带和衬底芯能级而改变。我们进一步证明了一个有序的钾吸附层（$2\times 2$相对于石墨烯）与自由电子的分散，通过增强金属化的异质叠层抑制等离子体准粒子在石墨烯。我们的研究结果建立了表面电荷转移掺杂作为一种有效的处理，以修改能带排列和电子性质的范德华异质结构组装从石墨烯和一种新型的单层量子材料。
2022-06-09 cond-mat.mes-hall 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
Modulation of the thermodynamic, kinetic and magnetic properties of the hydrogen monomer on graphene by charge doping
采用从头算方法研究了氢单体在掺杂石墨烯层上的热力学、动力学和磁学性质。电子掺杂提高了扩散势垒，空穴掺杂降低了扩散势垒，但两种掺杂都提高了脱附势垒。通过研究掺杂对石墨烯的键强度、氢单体与石墨烯之间的电子转移和库仑相互作用的影响，揭示了掺杂的机理。模拟了退火过程（退火时间$t_0 =$ 300 s）和恒速加热过程（加热速率$α=$ 1.0 K/s）期间掺杂石墨烯层上的H和D单体的动力学性质。电子和空穴掺杂被发现一般增加氢单体的脱附温度。发现电子掺杂防止氢单体的扩散，而空穴掺杂增强它们的扩散。当掺杂空穴密度达到$5.0\times10^{13}$ cm $^{-2}$时，可以实现氢单体在石墨烯上的宏观扩散。发现电子和空穴掺杂都降低了磁矩和交换劈裂，这可以用一个简单的交换模型来解释。本报告中的研究可以进一步增强对氢与石墨烯之间相互作用的理解，并有望有助于氢化石墨烯基器件的设计。
2010-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Hole Doping of Graphene
石墨烯具有严格的二维电子结构和极高的载流子迁移率，是下一代电子材料的理想候选材料。开发基于石墨烯的电子器件的先决条件是通过外部（栅极）和内部（掺杂）手段可靠地控制载流子的类型和密度。虽然已经成功地证明了石墨烯薄片和碳化硅上的外延石墨烯的门控，但可靠的化学掺杂方法的发展是一个真正的挑战。特别地，空穴掺杂是未解决的问题。到目前为止，它只能用反应性分子吸附物实现，这在很大程度上与任何设备技术都不兼容。在这里，我们通过角度分辨光电子能谱显示，在碳化硅衬底上用铋、锑或金对外延石墨烯层进行原子掺杂，提供了p型掺杂的有效手段。原子掺杂不仅是载流子密度内部控制的首选方法。结合SiC上外延石墨烯的固有n型特性，可以将载流子从电子调谐到空穴，而不影响锥形能带结构。
2008-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Raman imaging of doping domains in graphene on SiO2
我们提出了单层石墨烯片的G和2D线的空间分辨拉曼图像。G和2D线的空间波动是相关的，因此被证明是附属于本地掺杂域。我们研究了二维谱线的位置--这是识别单层石墨烯的最重要的拉曼峰--作为电荷高达|n| ~4 10^12 cm^-2的函数。与相对于电子和空穴掺杂表现出强且对称的硬化的G线相反，2D线对于低掺杂表现出弱且略微不对称的硬化。此外，与G线相比，2D线的线宽与掺杂无关，使得该量成为用于识别单层石墨烯的可靠量度。
2007-09-26 cond-mat.mtrl-sci
High Efficiency Graphene Solar Cells by Chemical Doping
我们展示了单层石墨烯/n-Si肖特基结太阳能电池，在AM1.5照明下表现出8.6%的功率转换效率（PCE）。通过用双（三氟甲磺酰基）酰胺掺杂石墨烯实现的这种性能超过了原生（未掺杂）器件性能的4.5倍，并且超过了类似器件中先前报道的最佳PCE的近6倍。电流-电压、电容-电压和外部量子效率测量显示增强是由于石墨烯化学势中的掺杂诱导的偏移，其增加石墨烯载流子密度（降低电池串联电阻）并增加内建电势。
2012-09-03 cond-mat.mtrl-sci
XPS evidence for molecular charge-transfer doping of graphene
通过采用X射线光电子能谱学（XPS），我们已经能够建立在覆盖有电子受体（TCNE）和供体（TTF）分子的少层石墨烯中发生电荷转移掺杂。我们已经进行了定量的估计，在这些配合物中的电荷转移的程度，并阐明了他们的拉曼G带的不寻常的位移的起源，并解释了在n-和p-掺杂的电导率的依赖性的差异。该研究揭示了电荷转移掺杂和电化学掺杂明显不同的原因。
2012-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Tunable microwave absorption performance of nitrogen and sulfur dual-doped graphene by varying doping sequence
硫氮双掺杂石墨烯在氧还原反应、超级电容器和电池等领域得到了广泛的研究，但其磁性和吸附性能尚未被探索。此外，硫、氮原子的掺杂顺序对双掺杂石墨烯的形貌、结构及相应的微波吸收性能的影响还有待进一步研究。本工作采用可控的两步简易热处理方法成功制备了不同掺杂顺序的氮硫双掺杂石墨烯。第一次掺杂过程对双掺杂石墨烯样品的形貌、晶粒尺寸、层间距、掺杂程度以及最终的磁性和微波吸收性能起着决定性的作用。同时，第二掺杂步骤影响掺杂位点，并进一步对最终掺杂的石墨烯具有修复或损伤作用。双掺杂石墨烯样品具有两个明显的吸收峰，其强度由掺杂元素的顺序决定。这种具有受控掺杂顺序的氮和硫双掺杂石墨烯提供了一种策略，用于理解氮和硫作为石墨烯中的双掺杂剂之间的相互作用，并通过改变掺杂顺序进一步获得具有可调吸收带的微波吸收材料。
2020-03-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Domains of doping in graphene on polycrystalline gold: first-principles and scanning tunneling spectroscopy studies
我们利用密度泛函理论和扫描隧道谱对石墨烯/金界面进行了研究。石墨烯和下面的金表面之间的弱相互作用在带结构中留下未扰动的狄拉克锥，但是它们可以相对于整个系统的费米能级移动，这导致石墨烯的有效掺杂。DFT计算表明，界面对吸附距离和金属表面结构非常敏感，特别是掺杂的强烈变化可以归因于衬底原子的特定重排，例如晶体取向的变化，表面的弛豫或其他修饰。另一方面，STS实验表明，在样品的不同位置测量的局部态密度（LDOS）的变化方面的能量异质性的存在。零掺杂和p型掺杂的随机重复区域已分别从抛物线形状特征和明确定义的狄拉克点中确定。石墨烯在金上的掺杂域似乎与样品中存在的各种类型的表面结构有关。石墨烯与Au相互作用的DFT模拟表明，所考虑的衬底结构诱导的掺杂存在很大差异，与实验结果一致。所有这些结果都表明了工程石墨烯的电子性质的可能性，特别是调整整个薄片的掺杂，这对于石墨烯在电子器件中的应用是有用的。
2012-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Contrary Effect of B and N Doping into Graphene and Graphene Oxide Heterostructures with MoS$_2$ on Interface Function and Hydrogen Evolution
二硫化钼（MoS $_2$）作为一种高效、低成本的制氢光催化剂受到关注，但其电导率低，光生载流子复合率高。在这项工作中，我们研究了MoS $_2$异质结构与石墨烯变体（GV），包括石墨烯，氧化石墨烯，以及它们的硼和氮掺杂的变体，通过使用第一性原理计算。对石墨烯和氧化石墨烯复合材料进行了系统的比较，阐明了B和N掺杂对界面功能和析氢的相反影响。我们发现，在形成的接口的一些量的电子电荷转移从GV侧的MoS $_2$层，诱导界面偶极子的创建和功函数的减少，这是更明显的氧化石墨烯复合材料。此外，我们的研究结果表明，N掺杂通过形成施主型界面态来增强界面功能，而B掺杂通过形成受主型界面态来降低这些功能。然而，B掺杂体系表现出较低的吉布斯自由能差的GV侧的氢吸附比N掺杂体系，这值得考虑在新的功能光催化剂的设计。
2020-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Band structure engineering of epitaxial graphene on SiC by molecular doping
SiC（0001）上的外延石墨烯遭受强本征n型掺杂。我们证明了过量的负电荷可以通过用强电子受体四氰基醌二甲烷（F4-TCNQ）非共价官能化石墨烯来完全补偿。在单层石墨烯中可以达到电荷中性，如来自角分辨光电子能谱（ARPES）的电子色散谱所示。在双层石墨烯中，源于SiC/石墨烯界面偶极的带隙随着F4-TCNQ沉积的增加而增加，并且作为分子掺杂的结果，费米能级移动到带隙中。使用电子费米表面和拉曼光谱定量的分子沉积后的载流子密度的减少。采用X射线光电子能谱学（XPS）和紫外光电子能谱学（UPS）研究了石墨烯/F4-TCNQ电荷转移复合物的结构和电子特性。石墨烯上的掺杂效果在空气中得以保留，并且耐温高达200 \degree C。此外，用F4-TCNQ的石墨烯非共价官能化不仅可以通过超高真空中的蒸发实现，而且可以通过湿化学实现。
2010-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Tuning Fe Nucleation Density with Charge Doping of Graphene Substrate
我们已经证明，在外延薄膜生长的初始阶段的岛形核可以通过衬底表面电荷掺杂来调节。使用自旋密度泛函理论计算在石墨烯衬底上沉积Fe作为示例来研究这种电荷效应。结果表明，空穴掺杂能显著提高Fe原子的扩散势垒和中间分离时的Fe原子间排斥能，而电子掺杂能降低Fe原子的扩散势垒，但对Fe原子间排斥能的影响不大.进一步的动力学蒙特卡罗模拟表明，在空穴掺杂下，形核岛密度可以增加到10倍以上，并且可以降低到10倍以下。我们的研究结果表明，通过表面电荷掺杂的磁性金属纳米结构的自旋电子学应用定制的生长形态的新途径。
2014-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Doping of epitaxial graphene on SiC intercalated with hydrogen and its magneto-oscillations
我们研究了由氢嵌入产生的准自由单层石墨烯与表面受体态之间的电荷转移。我们考虑了两种受主态密度模型来解释石墨烯中观察到的高空穴密度，并发现了对栅极电压的密度响应。通过研究载流子密度的磁振荡，我们提供了一种实验方法来确定相关的模型。
2011-07-24 cond-mat.mtrl-sci
