Recent Advances in Graphene-Based Pressure Sensors: A Review
本文综述了石墨烯及其衍生物在柔性和气体压力传感器中的研究进展，重点分析不同传感机制，并探讨其应用前景与未来挑战。
2024-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.app-ph
Capacitive Sensing of Intercalated H2O Molecules Using Graphene
了解周围分子与石墨烯和相邻石墨烯的相互作用对于一系列基于石墨烯的设备（特别是传感器）具有根本重要性，其中这种相互作用可能影响设备的操作。众所周知，水可以被捕获在石墨烯及其主体衬底下面，然而，石墨烯下面的水的电效应及其如何随不同环境条件变化的动力学尚未被量化。在这里，使用金属氧化物-石墨烯可变电容器（变容二极管）结构，我们表明，石墨烯可用于电容感测石墨烯和HfO 2之间的水的嵌入，这个过程是可逆的，在一个快速的时间尺度。原子力显微镜用于确认嵌入和量化石墨烯的位移作为湿度的函数。使用密度泛函理论模拟来量化由插层水引起的石墨烯的位移，并且还将观察到的狄拉克点位移解释为是由于水和氧对石墨烯中的载流子浓度的组合效应。最后，分子动力学模拟表明，一个可能的机制，为嵌入涉及吸附和横向扩散的水分子下方的石墨烯。
2015-08-20 cond-mat.mes-hall
Recent advances of defect-induced spin and valley polarized states in graphene
石墨烯独特的二分蜂窝晶格结构和极弱的自旋-轨道耦合使电子具有四重自旋简并和谷简并，可以支持一系列对称性破缺态。石墨烯中的原子级缺陷有望在纳米尺度上提升这些简并自由度，从而导致丰富的量子态，突出了自旋电子学和谷电子学的有前途的方向。本文主要综述了近年来扫描隧道显微镜（STM）在石墨烯中单个原子尺度缺陷（包括单碳空位、氮原子掺杂和氢原子化学吸附）引起的自旋和/或谷极化态的研究进展。最后，我们给出了该领域的展望。
2022-06-13 cond-mat.mes-hall
Multifunctional graphene-based and amorphous magnetic materials: synthesis, characterization, and applications in electromagnetic shielding and advanced gas sensing
本论文研究石墨烯基材料与非晶磁性材料的合成、表征及其在电磁屏蔽和气体传感中的应用，提出可规模化制备方法，并验证了材料在屏蔽和传感中的协同效应与性能提升。
2024-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spintronics with graphene quantum dots
由于其固有的保持自旋相干性的能力，石墨烯是自旋电子学的主要材料。在这篇综述文章中，我们总结了最近的成就，在石墨烯量子点自旋电子学和材料科学的角度来看，激励这一领域。我们专注于理论，但也讨论最近的实验。自旋退相干的主要来源是与晶格激发的相互作用和与当前核自旋的超精细相互作用。我们详细解释了有效的自旋-声子耦合，并给出了自旋弛豫时间T1随磁场变化的一般幂律。对于特定的情况，我们详细讨论自旋弛豫。海森堡交换相互作用对于相干自旋量子比特操作是至关重要的，并且在石墨烯纳米薄片中的磁性的背景下被解决。可以通过几种方法来考虑宿主和周围材料中的核自旋，并且已经详细研究了13 C核的影响。一般自旋电子学和石墨烯器件制造的令人印象深刻的进展可能会在不久的将来引发石墨烯量子点自旋电子学的重大进展。
2015-07-28 cond-mat.mes-hall
High frequency electric field induced nonlinear effects in graphene (review)
综述了石墨烯的非线性光学和光电特性，重点介绍了石墨烯的谐波产生、频率混频、光子拖曳和光电流效应以及相干干涉效应产生光电流的过程。本文介绍了这一主题的最新进展，包括最近的进展和公认的结果。控制传输的各种物理机制进行了深入的描述，包括基于对称性参数的唯象描述，非线性响应的可视化物理模型，以及个体效应的微观理论。
2013-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Structural and Electronic Properties of Graphene and Graphene-like Materials
利用全势密度泛函理论计算，我们研究了石墨烯和其他一些石墨烯类材料的结构和电子性质，SiC、GeC、BN、AlN、GAN、ZnO、ZnS和ZnSe的单层。我们希望，随着材料合成技术的进步，在不久的将来，一些这些新材料将被合成，在各种纳米器件的潜在应用。
2012-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Review of Thermal Properties of Graphene and Few-Layer Graphene: Applications in Electronics
本文综述了石墨烯和少层石墨烯的热性能，并讨论了这些材料在先进电子热管理中的应用。石墨烯的固有热导率-已知材料中最高的-在室温附近由声子主导。热管理应用的示例包括集成在高功率密度晶体管的发热区域附近的少层石墨烯散热器。已经证明，少层石墨烯散热器可以降低器件操作期间的热点温度，从而提高器件的性能和可靠性。
2015-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Superconducting proximity effect in $d$-wave cuprate/ graphene heterostructures
石墨烯中的超导邻近效应已经受到了十多年的关注。这揭示了与石墨烯电子特性特异性相关的大量奇异效应。绝大多数相关的研究是基于传统的，低温超导金属与各向同性$s$波配对。在这里，我们回顾了最近的进展，研究较少的情况下，非常规的高温超导铜氧化物。这些特征是由各向异性的$d$波配对，其与狄拉克电子的相互作用产生非常丰富的物理和新颖的邻近行为。我们提供了一个理论分析，并总结了迄今为止报道的实验。这些揭示了邻近诱导的非常规配对的暗示，并证明了石墨烯中高温超导相关性的门可调，长距离传播。最后，讨论了理论和实验进展所带来的基础和技术机会，以及将类似研究扩展到其他狄拉克材料的兴趣。
2022-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Quantum Dot in Z-shaped Graphene Nanoribbon
在石墨烯隔离技术的最新进展的刺激下，我们发现量子点可以被捕获在Z型石墨烯纳米结中。结的拓扑结构可以完全限制电子态。通过改变结的长度，我们可以改变结内的空间限制和离散能级的数量。此外，可以实现量子点，而不管衬底引起的静态无序或结的不规则边缘。该器件可用于方便地设计量子点器件。该平台还可用于设计使用石墨烯带的零维功能纳米级电子器件。
2007-04-30 cond-mat.mes-hall
Graphene Terahertz Devices for Sensing and Communication
本综述聚焦石墨烯太赫兹器件在分子传感（如农药、DNA检测）和通信调制（门控吸收调制等）的最新进展，分析两者互利关系，为相关领域未来研发提供参考。
2024-05-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Prospects for hydrogen storage in graphene
基于氢的燃料电池是用于高效且清洁地输送电力的有前景的解决方案。由于氢是一种能量载体，因此开发可靠的氢基技术的关键步骤需要解决氢的储存和运输问题。已经提出了基于先进材料（例如金属衬垫和碳结构）的设计的若干建议，以克服在罐中压缩或储存氢的传统解决方案的局限性。然而，这些系统目前没有一个在储氢容量和吸附/解吸过程的控制方面提供所需的性能。因此，氢储存的问题至今仍未解决，并且它继续代表燃料电池和氢技术的进步和扩散的显著瓶颈。然而，最近，对石墨烯的几项研究，一个原子厚的碳原子膜包装在蜂窝状晶格中，突出了这种材料用于储氢的潜力，并为开发高效的固态储氢设备带来了新的希望。在这里，我们回顾正在进行的努力和研究功能化和纳米结构的石墨烯储氢，并建议可能的发展，在环境条件下有效的存储/释放氢。
2012-07-24 cond-mat.mes-hall
Electron-Electron Interactions in Artificial Graphene
石墨烯类系统的创建和调制的最新进展正在引入“设计师狄拉克材料”的科学。在其最初的定义中，人造石墨烯是一种人造纳米结构，由二维电子气中排列在可调节蜂窝晶格中的相同势阱（量子点）组成。随着我们控制人造石墨烯样品质量的能力的提高，对其电子性质的精确理论的需求也在增长，包括电子-电子相互作用的影响。在这里，我们确定这些影响的能带结构和狄拉克点的出现。
2012-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Nucleobase-functionalized graphene nanoribbons for accurate high-speed DNA sequencing
我们提出了一种水浸核碱基功能化的悬浮石墨烯纳米粒子作为一种固有的选择性的核苷酸检测装置。所提出的传感方法将沃森-克里克选择性碱基配对与石墨烯将各向异性晶格应变转换为纳米级电流变化的能力相结合。使用详细的原子分子动力学模拟，我们研究了传感器在环境条件下的操作。我们将模拟数据与理论参数相结合，以估计应变引起的可测量电信号变化水平，并确定所提出的传感机制显示出现实的DNA传感设备的重大承诺，而不需要先进的数据处理或高度限制性的操作条件。
2015-12-24 cond-mat.mes-hall
Unraveling the electronic structure of narrow atomically-precise chiral graphene nanoribbons
基于石墨烯纳米带的研究的最新进展已经证明了使用表面化学的策略以原子精度控制合成手性石墨烯纳米带（cGNR）。然而，它们的电子特性，包括典型的品质因数，如带隙或前沿带的有效质量，尚未报道。在这项工作中，我们提供了在Au（111）上的（3，1）-cGNRs的详细表征。利用扫描隧道显微镜和光谱、角分辨光电子能谱和密度泛函理论分析了带的结构、外延和电子能带结构。
2017-12-18 cond-mat.mes-hall
From diffusive to ballistic transport in etched graphene constrictions and nanoribbons
石墨烯纳米带和收缩被设想为未来碳基纳米电子和自旋电子器件的基本组成部分。在纳米尺度下，这些器件中的电子效应在很大程度上取决于有源沟道的尺寸和边缘的性质。因此，控制这两个参数对于理解此类系统中的物理至关重要。本文从低温量子输运的角度综述了石墨烯纳米带的制备和收缩的研究进展。特别是，最近的进展，使用封装的石墨烯允许量子化电导和未来的实验对探索这些设备中的自旋效应。讨论了高质量样品中载流子不均匀性和对输运起关键作用的重要长度尺度的影响。
2017-06-29 cond-mat.mes-hall
Topological design of graphene
拓扑缺陷（例如五边形、七边形和五边形-七边形对）已经在大规模石墨烯中被广泛观察到，并且已经被认识到在定制二维材料的机械和物理性质中通常起重要作用。经过近几年的深入研究，通过拓扑结构设计优化石墨烯的性能已经成为一个新的、有前途的研究方向。在本章中，我们回顾了一些最新的进展，在实验，计算和理论研究的拓扑缺陷对石墨烯的机械和物理性能的影响和拓扑设计的石墨烯的应用。讨论涵盖了平面外效应，设计拓扑缺陷分布的逆问题，使石墨烯片符合目标三维表面，石墨烯强度的晶界工程，用于韧性增强的弯曲石墨烯以及在工程能源材料，多功能材料和与生物系统的相互作用中的应用。尽管在实验和模拟的快速发展，我们对石墨烯和其他二维材料的拓扑缺陷和机械和物理性能之间的关系的理解仍然处于起步阶段。这里的目的是提请研究界注意在这一领域的一些开放的问题。
2018-03-01 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
Graphene Schottky diodes: an experimental review of the rectifying graphene/semiconductor heterojunction
在过去的十年中，石墨烯因其独特的优异性能而成为研究最多的材料之一。由于其二维性质，物理和化学性质以及易于操作，石墨烯为下一代电子和传感设备提供了与现有半导体技术集成的可能性。在这种情况下，石墨烯/半导体界面的理解是非常重要的，因为它可以构成一个多功能的独立设备以及更先进的电子系统的构建块。自2004年石墨烯引起科学界的注意以来，器件研究一直集中在更复杂的石墨烯晶体管上，而石墨烯/半导体结尽管重要，但直到最近才开始成为系统研究的主题。因此，对该设备的物理特性和潜力的透彻理解仍然缺失。过去几年的研究表明，石墨烯可以与3D或2D半导体材料形成结，这些半导体材料具有整流特性并表现为优异的肖特基二极管。这些器件的主要创新之处在于肖特基势垒高度可调，这一特性使石墨烯/半导体结成为研究界面输运机制以及在光探测、高速通信、太阳能电池、化学和生物传感等方面应用的重要平台。本文综述了石墨烯/半导体结的研究现状，对模型的尝试和最有前途的应用。
2015-10-14 cond-mat.mes-hall
Antenna enhanced graphene THz emitter and detector
最近对石墨烯的密集的电学和光学研究将该材料推向了光电研究的前沿。特别令人感兴趣的是几个太赫兹（THz）频率范围，其中高效光源和高灵敏度探测器的制造非常具有挑战性。在这里，我们提出了太赫兹源和探测器与石墨烯场效应晶体管（GFET）增强的双贴片天线和片上硅透镜。我们报告了石墨烯1-3 THz辐射的首次实验观察，以及在~2 THz工作的GFET热电探测器中四个数量级的性能改进。发射功率的定量分析及其不寻常的电荷密度依赖性表明显着的非热贡献的GFET。具有不同照明几何形状的偏振分辨检测测量允许对有助于整体检测器性能的各种因素进行详细和定量分析。我们的实验结果代表了实际有用的石墨烯太赫兹器件的重大进展。
2015-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
