Temperatuurafhankelijkheid van G- en D'-fononen in monolaag tot grafeen met weinig lagen met vacatures

Abstract

De defecten in het hexagonale netwerk van een sp² Van gehybridiseerd koolstofatoom is aangetoond dat het een significante invloed heeft op de intrinsieke eigenschappen van grafeensystemen. In dit artikel presenteerden we een studie van temperatuurafhankelijke Raman-spectra van G-piek en D'-band bij lage temperaturen van 78 tot 318 K in defect monolaag tot weiniglaags grafeen geïnduceerd door ion C + -bombardement onder de bepaling van vacature-uniformiteit. Defecten leiden tot een toename van de negatieve temperatuurcoëfficiënt van de G-piek, met een waarde die bijna identiek is aan die van de D'-band. De variatie van frequentie en lijnbreedte van G-piek met laagnummer is echter in strijd met de D'-band. Het is afgeleid van de gerelateerde elektron-fonon-interactie in G- en D'-fonon in het door wanorde geïnduceerde Raman-verstrooiingsproces. Onze resultaten zijn nuttig om het mechanisme van temperatuurafhankelijke fononen in op grafeen gebaseerde materialen te begrijpen en bieden waardevolle informatie over thermische eigenschappen van defecten voor de toepassing van op grafeen gebaseerde apparaten.

Inleiding

Op grafeen gebaseerde materialen zijn veelbelovende materialen geweest die thermische, elektronische en fotonische apparaten overbruggen [1, 2] vanwege hun intrigerende eigenschappen [3, 4] aangezien de meeste onderzoeken eerst gericht waren op monolaag grafeen (1LG) [3, 4] en vervolgens overgebracht naar enkele-laags grafenen (FLG's) [5, 6] vanwege hun veelbelovende afstembaarheid van de bandgap [7, 8]. Ramanverstrooiing is een van de meest gebruikte technieken om de fonon-eigenschappen van op grafeen gebaseerde materialen te karakteriseren [2, 9]. Hun thermische transporteigenschappen kunnen worden onderzocht door temperatuurafhankelijke (T-afhankelijke) Raman-spectra te bestuderen. Balandin et al. [10] mat eerst de thermische geleidbaarheid van een mechanisch geëxfolieerde 1LG door de verschuiving van de G-piek te volgen met laserverwarming, en Ghosh et al. [11] onderzocht vervolgens het thermische transport in mechanisch geëxfolieerde FLG's met dezelfde techniek. In veel praktische toepassingen zijn defecten in 1LG en FLG's onvermijdelijk door verschillende bereidingsmethoden en zelfs modificatie van perfecte grafeenstructuren is vereist om elektrische parameters aan te passen en lage chemische activiteit te verbeteren [12, 13]. Het is onmisbaar om te bestuderen hoe de defecten de fonon-eigenschappen van grafeen beïnvloeden om een diepgaand begrip te krijgen van hun thermische transporteigenschappen. Ondanks dat er weinig rapporten zijn over T-afhankelijke fononeigenschappen in het geval van met stikstof gedoteerde en met boor gedoteerde grafeenlaagfilms [14], is er geen discussie over het mechanisme geweest omdat de potentieel verantwoordelijke mechanismen relatief complex waren, zoals het Fermi-niveau verandering als gevolg van onzuiverheden in de lading, de verandering in de lengte van de N–C- of BC-bindingen en de langeafstandsinteracties tussen stikstof- of boorpuntdefecten. Tot nu toe is er geen rapport geweest dat speciaal T-afhankelijke fonon-eigenschappen in grafeen met vacatures onderzoekt. Vacatures [15] zijn echter een van de meest waarschijnlijke defecten die optreden in synthetische grafeenmaterialen met een één atoom dik vel covalent gebonden koolstofatomen met sp² hybridisatie verpakt in een honingraatkristalrooster.

Om verschillende fonon-eigenschappen met ongerept grafeen te verduidelijken, hebben we een T-afhankelijke Raman-meting uitgevoerd van mechanisch geëxfolieerde 1LG en FLG's na ion C + -bombardement. Ionenbundelbombardement is een effectieve methode geweest om het snijden en perforeren van grafeen te voltooien [16], wat vacatures met uniformiteit in het hexagonale netwerk van koolstofatomen kan introduceren door ion C + -bombardement. Naast de belangrijkste G-piek (∼ 1582 cm⁻¹ ) afgeleid van intrinsieke grafeenstructuur, verschillende aanvullende symmetriebrekende kenmerken nabij G-piek zoals de defectgerelateerde D'-piek [17] (∼ 1620 cm⁻¹ ) kan gevonden worden. In dit artikel presenteerden we een onderzoek naar T-afhankelijke fonon-eigenschappen van G-piek en D'-piek bij lage temperaturen van 78 tot 318 K in 1LG en FLG's met vacatures en probeerden we het mechanisme van het defecte fonon-effect en extrinsieke T- te bespreken. afhankelijk Raman-gedrag. Onze resultaten zijn nuttig om T-afhankelijke informatie te verschaffen over thermische eigenschappen in grafeenvlokken voor toepassingen van apparaten.

Materialen en methoden

Hooggeoriënteerd pyrolytisch grafiet (HOPG) werd mechanisch geëxfolieerd op dezelfde Si {100}-substraten bedekt met een 89-nm SiO₂ om 1LG en FLG's te verkrijgen. We gebruikten de notatie NLG om vlokken met N lagen aan te duiden. Het laagnummer (N ) van NLG werd geschat door Raman-metingen van de Si-intensiteitsverhouding tussen de Si-piek (I (Si_G )) van SiO₂ /Si-substraat over grafeenvlokken en de Si-piek (I (Si₀ )) van kale SiO₂ /Si-substraat [18]. De standaardwaarden van I (Si_G )/Ik (Si₀ ) voor NLG-vlokken afgezet op SiO₂ /Si-substraat zijn gegeven in de aanvullende gegevens van referentie [19]. We hebben verschillende sets grafeenvlokken gemaakt met N bepaald en geselecteerd 2 sets van 1LG-4LG, 6LG, en 10LG vlokken. Door ionen C+-bombardement werden opzettelijk vacatures gecreëerd voor één set monsters (de defecte set genoemd), met de defectvrije set als contrast. De C+-ionen met lage energie bombardeerden loodrecht op het monsteroppervlak bij kamertemperatuur, wat werd uitgevoerd met behulp van een LC-4-systeem met een dosis en kinetische energie van 2 × 10¹³ cm⁻² en 80 keV, respectievelijk. Na ion C+ bombardement, de D-band bij ∼ 1350 cm⁻¹ en D’ piek bij ∼ 1620 cm⁻¹ verscheen in de Raman-spectra van NLG-vlokken, zoals weergegeven in Fig. 1. De Raman-spectra van de defectvrije set zijn ook uitgezet in Fig. 1. Raman-spectra werden gemeten door de excitatie van een 532 nm laser bij kamertemperatuur onder een × 100 objectieflens (NA =0,90). Deze twee sets hebben dezelfde dikte om de vergelijking te vergemakkelijken. De G-piek bleef in principe op 1582 cm⁻¹ voor en na een ion C+-bombardement, waaruit bleek dat defecten in de monsters alleen de symmetrie van het koolstofhoningraatrooster verbraken, maar geen duidelijke doping veroorzaakten, waardoor de frequentie van G-piek omhoog zou moeten gaan. Dit maakte het vervolgonderzoek overzichtelijker. Er was nog een opmerkelijke spectrale band rond de 2700 cm⁻¹ voor en na ionen C+-bombardement, waarnaar wordt verwezen als een 2D-band [17] en is een boventoon van de D-band [17]. De lijnvorm van 2D-band is veel gebruikt om het aantal grafeenlagen te onderscheiden van één tot vier lagen [20, 21]. De 2D-band werd echter zacht en vol na een ion C+-bombardement en de afhankelijkheid van het aantal grafeenlagen werd vervaagd door de roosterverandering om de fonon-dispersiecurve te wijzigen.

Raman-spectra van 1LG-4LG, 6LG en 10LG voor defectvrije en defecte sets werden gemeten bij kamertemperatuur in het bereik van 1250-2850 cm⁻¹

Om de uniformiteit van vacatures die in de grafeenstructuur zijn geïntroduceerd door ion C + -bombardement te onderzoeken, hebben we Raman-mapping van de monsters van de defecte set gemeten, met de defectvrije set als contrast. De Raman-mappings werden gemeten bij kamertemperatuur in terugverstrooiing met een HR Evolution micro-Raman-systeem, uitgerust met de unieke SWIFT ™ CCD, een × 100 objectieflens (NA =0,90). Een rooster van 1800 g/mm resulteerde in een ⁻¹ . van 0,5 cm spectrale resolutie. De laserexcitatie van 532 nm werd gebruikt. Een laservermogen van minder dan 2 mW werd gebruikt om verwarming van het monster te voorkomen. Mapping-metingen werden uitgevoerd met behulp van een gemotoriseerde fase. De xy coördinaten van elk punt waren eerder ingesteld om de geoptimaliseerde focus te vinden. Voor elke xy . zijn kaartafbeeldingen gemaakt coördineren door 100 punten op het oppervlak van een monster te nemen met een 10 × 10 gelijk verdeelde reeks meetpunten. In alle gevallen x , j stap was 0,5 m. Raman-spectra werden gemeten in het bereik van 1250-2850 cm⁻¹ . De mappings van G-piekintensiteit I (G) als referentie voor defecten in grafeenvlokken worden getoond in Fig. 2 voor defectvrije en defecte 1LG, 2LG en 3LG. De optische microscopische beelden van overeenkomstige monsters worden ook getoond in Fig. 2. I (G) is gevoelig voor het aantal defecten [22] bij lage defectconcentraties in grafeensystemen omdat de G-piek voortkomt uit het uitrekken van de C-C-binding in het vlak van alle paren van sp² atomen in zowel ringen als kettingen. Bovendien is G-piek een fonon afkomstig van een normaal eerste-orde Raman-verstrooiingsproces in grafeensystemen, en de intensiteit ervan kan worden verbeterd vanwege het resonantieproces [2] vanwege de excitatie-energie die overeenkomt met de overgang van een valentieband naar een geleiding band. De kleur van I (G) mappings in bijna alle monsters zijn in principe homogeen over het hele vel om de uniformiteit van de atomaire structuur van grafeenlagen te bepalen. Ik (G) in defecte NLG-vlokken lager is dan die in defectvrije NLG-vlokken door de introductie van vacatures. Hoewel de kleur van sommige punten op de hoek in de defecte set monsters een klein verschil vertoont, kunnen we de uniformiteit van vacatures in het dominante deel van defecte monsters identificeren. Bovendien kunnen defecten worden gekenmerkt door de gemiddelde afstand tussen dichtstbijzijnde defecten (L _D ) [22, 23]. We hebben de defectverdeling L . berekend _D wat ongeveer 4-6 nm is in met C+ gebombardeerde 1LG op basis van de intensiteitsverhouding tussen D-band en G-band, d.w.z. I (D)/Ik (G), gebruikmakend van de bekende Tuinstra-Koenig-relatie [24] (de afbeelding van L _D in C+-gebombardeerde 1LG werd getoond in Fig. f1 met meer fysieke uitleg in aanvulling.) I (D) is ook direct gerelateerd aan het aantal defecten [23, 25] omdat de D-modus overeenkomt met een fonon vanwege de aanwezigheid van defecten. Aangezien de D-functie complex zou kunnen zijn in FLG's [26], vergelijkbaar met de 2D-band, zijn de toewijzingen van I (D) werden getoond voor defecte 1LG, 2LG en 3LG in Fig. f2 van supplementair.

De toewijzingen van I (G) voor defectvrije en defecte 1LG, 2LG en 3LG en de optische microscopische beelden van overeenkomstige monsters

Voor de hierboven voorbereide monsters hebben we de T-afhankelijke Raman-spectra in de buurt van de G-band (inclusief G-piek en D'-band) gemeten in zowel defectvrije als defecte monstersets van 1LG-4LG-, 6LG- en 10LG-vlokken. De T-afhankelijke Raman-spectra werden gemeten in terugverstrooiing met een HR Evolution micro-Raman-systeem, uitgerust met de unieke SWIFT™ CCD. De monsters werden gemonteerd op een in eigen huis gemaakte monsterhouder bestaande uit een dunne koperen schijf met een centrale pilaar en een gat met een diameter van 500 μm. Metingen zijn uitgevoerd in vloeibare stikstof (LN₂ ) gekoelde lage temperatuur Linkam trap voorzien van een temperatuurregelaar. De programmeerbare koeltrap THMS600 (Linkam Scientific Instruments) bestrijkt het temperatuurbereik van 78 tot 318 K in een N₂ gasomgeving. Het Linkam-instrument heeft een temperatuurstabiliteit van ± 0,1 K. Bij gebruik van een rooster met een groefdichtheid van 1800 g/mm was de bereikte spectrale resolutie 0,5 cm⁻¹ . Er werd een objectieflens met een lange werkafstand × 50 (NA =0,45) gebruikt, waarmee een ruimtelijke resolutie werd bereikt die beter was dan 1 m. Alle spectra werden geëxciteerd met een 532 nm laser. Tijdens alle metingen is het laservermogen laag genoeg gehouden om verhitting van het monster te voorkomen. De integratietijd van 20 s werd aangenomen om een goede signaal-ruisverhouding te garanderen. De T-afhankelijkheid van Raman-modi werd gemeten in het bereik van 78 tot 318 K en opgenomen met intervallen van 10 K voor de defectvrije en defecte sets.

Resultaten en discussie

De onderzoeken hebben in de eerste plaats betrekking op de G-piek. Figuur 3 toont de T-afhankelijke G-piekpositie (Pos(G)) voor de defectvrije en defecte sets. De gegevens in 1LG zijn relatief fluctuerend en staan los van de gegevens van andere lagen. Het is gebleken dat Pos(G) in zowel defecte als defecte 1LG een progressieve terugschakeling vertoont naarmate de temperatuur stijgt, wat wijst op een lineair verband dat consistent is met de rapporten voor intrinsiek grafeen [14, 27, 28]. Pos(G) kan worden aangepast aan een lineaire vergelijking, ω (T ) =ω0 + χT [29], waar ω 0 is de piekpositie van trillingsbanden bij een temperatuur van nul Kelvin en χ vertegenwoordigt de temperatuurcoëfficiënt van de eerste orde van de modi. De defectvrije 1LG vertoont een negatieve temperatuurcoëfficiënt van − (1,56 ± 0,20) × 10⁻² cm⁻¹ /K (uitgezet door de blauwe stippellijn in Fig. 3a), wat in principe consistent is met de eerdere rapporten voor intrinsieke 1LG [14, 27, 28]. De temperatuurcoëfficiënt van de defecte 1LG blijkt − (2,52 ± 0,20) × 10⁻² te zijn cm⁻¹ /K (uitgezet door de blauwe stippellijn in Fig. 3b), een waarde groter dan die van de defectvrije 1LG, vergelijkbaar met de eerdere rapporten over stikstofdoping of boordoping [14]. Voor monsters met meer lagen is Pos(G) aanzienlijk kleiner dan die van 1LG, maar de T-afhankelijke trend nadert die van 1LG in zowel de defectvrije set (uitgezet door de roze stippellijn in figuur 3a) als de defecte set (uitgezet door de roze stippellijn in Fig. 3b). Hoewel sommige eerdere rapporten suggereerden dat de temperatuurcoëfficiënt van de G-piek in dikkere monsters iets kleiner is dan die in 1LG [27, 28], laten onze gegevens zien dat deze ongevoelig is voor het aantal lagen in het smalle bereik van 78 tot 318 K. Pos(G) in de defectvrije set is echter groter dan die van de defecte set, wat het resultaat zou moeten zijn van een ion C+-bombardement.

De T-afhankelijke Pos(G) van 1LG-4LG, 6LG en 10LG voor a zonder gebreken en b defecte sets in het temperatuurbereik van 78–318 K

Raman-lijnbreedte is een andere belangrijke kwaliteit voor het blootleggen van de interacties van elektronen en fononen wanneer de kristalstructuur verandert. Figuur 4 toont de T-afhankelijke volledige breedte op het halve maximum van G-piek (FWHM(G)) voor de defectvrije en defecte sets. Er is gevonden dat FWHM(G) niet temperatuurgevoelig is voor zowel defecte als defecte sets, wat consistent is met de recent gerapporteerde T-afhankelijke FWHM(G)-resultaten van ongerept grafiet [30]. Het is interessant om op te merken dat T-afhankelijke FWHM(G) in verschillende grafeenmonsters is besproken [14, 31, 32] en enkele discrepanties vertoont; bijvoorbeeld Lin et al. [31] observeerde een stijgende trend in niet-ondersteund grafeen, Kolesov et al. [32] toonde verschillende T-afhankelijkheden in ondersteund grafeen op verschillende substraten, en zelfs Late et al. [14] toonde licht positieve of ongevoelige afhankelijkheden in het geval van met stikstof gedoteerd of met boor gedoteerd grafiet. In het lagetemperatuurbereik onder 350 K bleef FWHM(G) echter altijd constant in alle monsters [14, 31, 32], waarschijnlijk als gevolg van een zwakkere bijdrage van fonon-anharmoniciteit en elektron-fononkoppeling (EPC) bij lage temperatuur bereik [29, 33]. Bovendien is FWHM(G) van 1LG tot 10LG van 9,2 tot 14,6 cm⁻¹ in de defectvrije set en van 10,9 tot 16,1 cm⁻¹ in de defecte set. De FWHM(G)-waarden in de defecte set zijn groter dan die in de defectvrije set, wat een ander resultaat zou moeten zijn van een ion C+-bombardement.

De T-afhankelijke FWHM(G) van 1LG-4LG, 6LG en 10LG voor a zonder gebreken en b defecte sets in het temperatuurbereik van 78–318 K

Vervolgens hebben we de defectgerelateerde D'-band bestudeerd. Figuur 5a toont Pos(D') voor de defecte set. Wanneer de temperatuur stijgt van 78 tot 318 K, neemt Pos(D’) lineair af tot 1620 cm⁻¹ in C+ gebombardeerd 1LG met een helling van ongeveer − (2,37 ± 0,20) × 10⁻² cm⁻¹ /K (uitgezet door de blauwe stippellijn in Fig. 5a). Pos (D ') verschuift naar grotere waarden in dikke lagen, maar heeft een vergelijkbare T-afhankelijke hellingsbenadering als die van 1LG (uitgezet door de roze stippellijn in figuur 5a). FWHM (D ') vertoont geen duidelijke T-afhankelijkheid zoals weergegeven in figuur 5b. FWHM(D’) varieert van 7,6 tot 14,4 cm⁻¹ in 1LG tot 10LG, maar het neemt af met toenemende lagen. Het is duidelijk dat de D'-band een vergelijkbare temperatuurcoëfficiënt vertoont met G-piek na ion C+-bombardement. Pos(D') neemt echter toe, terwijl Pos(G) afneemt; tegelijkertijd neemt FWHM(D') af, terwijl FWHM(G) toeneemt naarmate de grafeenlagen dikker worden.

De T-afhankelijke a Pos(D’) en b FWHM(D') van 1LG-4LG, 6LG en 10LG voor de defecte set in het temperatuurbereik van 78–318 K

Door het eerdere werk te bekijken, komen we tot het besef dat er verschillende factoren zijn die de Raman-spectra van de grafeensystemen beïnvloeden. Ten eerste is de T-afhankelijke Raman-studie van ongerept grafeen verklaard door fonon-anharmoniciteit en EPC [29]. De Raman-spectra kunnen echter ook afhankelijk zijn van het monster in aanwezigheid van vacatures. De temperatuurcoëfficiënt van G-piek in defecte grafeenmonsters blijkt groter te zijn dan die van de defectvrije monsters. Omdat EPC de toename van Pos(G) induceert, terwijl de fonon-anharmoniciteit deze verlaagt wanneer de temperatuur stijgt, leidt de dominantie van de fonon-anharmoniciteit tot de verzachting van G-fonon en dus resulteert in een negatieve temperatuurcoëfficiënt voor de G-piek [29]. Na ion C+-bombardement is het mogelijk dat de roosterverandering de EPC wijzigt, wat leidt tot de verharding van G-fonon; dienovereenkomstig wordt de temperatuurcoëfficiënt van de G-piek minder negatief. Ondertussen zijn Pos(G) in de defectvrije set groter dan die van de defecte set, wat een afname van de fonon-energie betekent als gevolg van de roosterverandering door vacatures [34]. Ten tweede zijn de FWHM(G)-waarden in de defecte set groter dan die in de defectvrije set, wat een afname van de fonon-levensduur betekent vanwege het fonon-opsluitingseffect [35] wanneer de atoomstructuur van grafeen wordt vernietigd door vacatures . Ten derde worden FLG's gevormd door het stapelen van nummers van 1LG langs de c-as, en hun fonon-anharmoniciteit en EPC zijn nauw verwant aan die van 1LG. De temperatuurcoëfficiënt van de G-band in FLG's benadert die van 1LG in zowel defecte als defecte monsters. Er zijn echter enkele verschillen tussen hen. Het ultradunne karakter van 1LG maakt het noodzakelijk om rekening te houden met het effect van het substraat. Pos(G) in 1LG is hoger dan die van de dikkere monsters voor zowel defecte als defecte sets. Pos(G) verschuift tot ~ 1588 cm⁻¹ in defectvrije 1LG en ~ 1584 cm⁻¹ in defecte 1LG bij 300 K in experimenten met variabele temperatuur, hoewel hun Pos(G) in principe op 1582 cm blijft⁻¹ bij kamertemperatuurmetingen. De mogelijke reden is de mismatch van de thermische uitzettingscoëfficiënt tussen het materiaal en het substraat [36]. Pos(G) in dikkere monsters neemt lineair toe tot ~ 1582 cm⁻¹ in de defectvrije set en ~ 1580 cm⁻¹ in de defecte set op 300 K, wat betekent dat het steeds ongevoeliger wordt voor substraateffecten naarmate de grafeenlagen dikker worden. Ondertussen verscherpt FWHM(G) aanzienlijk tot ~ 9,2 cm⁻¹ in defectvrije 1LG en ~ 10.9 cm⁻¹ in defecte 1LG in experimenten met variabele temperatuur, hoewel FWHM(G) van ongerept grafeen ~ 13 cm⁻¹ is bij kamertemperatuurmetingen. De mogelijke reden is de blokkering van het fonon-verval in elektron-gatparen [37] vanwege het diëlektrische effect van het substraat in de dunnere grafeenlaag. Ten slotte kan D'-fonon worden beschouwd als een niet-triviaal prototype om het temperatuureffect van defecte grafeenmaterialen te bestuderen op basis van de volgende redenen:(1) extra Raman-modi kunnen worden waargenomen in ongeordende grafeenmonsters, bijvoorbeeld de zogenaamde D en D ' modi. Hoewel deze modi niet kunnen worden toegeschreven aan de trillingsmodus van defecten zelf, komen ze overeen met fononen met het breken van momentumbehoud [38] vanwege de aanwezigheid van defecten in het monster. Hun T-afhankelijke gedrag kan de bijdrage van EPC weerspiegelen vanwege de roosterverandering in defecte monsters. (2) De relatie tussen G-piek en D'-modus is zowel onderling gerelateerd als competitief omdat er de gerelateerde elektron-fonon-interactie is in G- en D'-fonon omdat hun frequentie en lijnbreedte afhankelijk zijn van dezelfde conische elektronische bandstructuur in het gebied nabij de K-punt [39]. (3) D-fonon is een ander typisch spectraal kenmerk in defecte grafeenmonsters. De D-band wordt echter breed en complex met de toename van grafeenlagen langs de c-as als gevolg van een proces tussen de valleien dat twee conische elektronische bandstructuren verbindt rond inequivalente K- en K'-punten [40]. (4) Er is meer berekening nodig om het T-afhankelijke gedrag van de D'-modus te verklaren, wat buiten het bestek van dit werk valt.

Conclusie

In dit artikel werden vacatures uniform geïntroduceerd in koolstofstructuren door ion C+-bombardement en gekarakteriseerd door Raman-afbeeldingen van I (G). De T-afhankelijke fononeigenschappen van G-piek en D'-band in defecte 1LG en FLG's werden gemeten met een Raman-spectrometer in combinatie met een Linkam-cryostaat, met defectvrije monsters als contrast. Bij temperaturen van 78 tot 318 K leiden defecten tot een toename van de negatieve temperatuurcoëfficiënt van de G-piek als gevolg van de roosterverandering. D'-modus als een Raman-signatuur voor stoornis is zowel onderling gerelateerd als competitief met G-piek onder de defect-fonon-interactie. De temperatuurcoëfficiënt van de D'-band is bijna identiek aan de G-piek. Pos(D') neemt echter tegelijkertijd toe als FWHM(D') afneemt met toenemende lagen, in tegenstelling tot G-piek. Concluderend, de defecten in de grafeenstructuur door ion C + -bombardement veroorzaken een grote verandering van T-afhankelijke eigenschappen van fononen; daarom hebben ze invloed op de fysieke eigenschappen van grafeensystemen. De introductie van vreemde atomen in de hexagonale koolstofnetwerken is tegenwoordig een hot topic voor een effectief hulpmiddel voor het afstemmen van de intrinsieke eigenschappen van grafeensystemen. De bijbehorende eigenschappen moeten in de toekomst grondig worden onderzocht.

Beschikbaarheid van gegevens en materialen

Grafeenvlokken werden verkregen door micromechanische splitsing van bulkgrafietkristallen (2D halfgeleiders Inc.) op SiO₂ /Si-substraat met SiO₂ dikte als 89 nm. Hun laagnummer (N ) werd geschat door Raman-metingen van de Si-intensiteitsverhouding tussen de Si-piek (I (Si_G )) van SiO₂ /Si-substraat over grafeenvlokken en de Si-piek (I (Si₀ )) van kale SiO₂ /Si-substraat. Door ionen C+-bombardement werden opzettelijk vacatures gecreëerd voor één set monsters (de defecte set genoemd), met de defectvrije set als contrast. De C+-ionen met lage energie bombardeerden loodrecht op het monsteroppervlak bij kamertemperatuur, wat werd uitgevoerd met behulp van een LC-4-systeem met een dosis en kinetische energie van 2 × 10¹³ cm⁻² en 80 keV, respectievelijk. De Raman-mappings werden gemeten bij kamertemperatuur in terugverstrooiing met een HR Evolution micro-Raman-systeem, uitgerust met de unieke SWIFT ™ CCD, een × 100 objectieflens (NA =0,90). Een rooster van 1800 g/mm resulteerde in een ⁻¹ . van 0,5 cm spectrale resolutie. De laserexcitatie van 532 nm werd gebruikt. Een laservermogen van minder dan 2 mW werd gebruikt om verwarming van het monster te voorkomen. Mapping-metingen werden uitgevoerd met behulp van een gemotoriseerde fase. De xy coördinaten van elk punt waren eerder ingesteld om de geoptimaliseerde focus te vinden. Voor elke xy . zijn kaartafbeeldingen gemaakt coördineren door 100 punten op het oppervlak van een monster te nemen met een 10 × 10 gelijk verdeelde reeks meetpunten. In alle gevallen x , j stap was 0,5 m. De T-afhankelijke Raman-spectra werden gemeten in terugverstrooiing met een HR Evolution micro-Raman-systeem, uitgerust met de unieke SWIFT™ CCD. De monsters werden gemonteerd op een in-house gemaakte monsterhouder bestaande uit een dunne koperen schijf met een centrale pilaar en een gat met een diameter van 500 m. Metingen zijn uitgevoerd in vloeibare stikstof (LN₂ ) gekoelde lage temperatuur Linkam trap voorzien van een temperatuurregelaar. De programmeerbare koeltrap THMS600 (Linkam Scientific Instruments) bestrijkt het temperatuurbereik van 78 tot 318 K in een N₂ gasomgeving. Het Linkam-instrument heeft een temperatuurstabiliteit van ± 0,1 K. Bij gebruik van een rooster met een groefdichtheid van 1800 g/mm was de bereikte spectrale resolutie 0,5 cm⁻¹ . Er werd een objectieflens met een lange werkafstand × 50 (NA =0,45) gebruikt, waarmee een ruimtelijke resolutie werd bereikt die beter was dan 1 m. Alle spectra werden geëxciteerd met een 532 nm laser. Tijdens alle metingen is het laservermogen laag genoeg gehouden om verhitting van het monster te voorkomen. De integratietijd van 20 s werd aangenomen om een goede signaal-ruisverhouding te garanderen. De T-afhankelijkheid van Raman-modi werd gemeten in het bereik van 78 tot 318 K en opgenomen met intervallen van 10 K voor de defectvrije en defecte sets.

Afkortingen

1LG:: Monolaag grafeen
FLG's:: Grafenen met weinig lagen
T-afhankelijk:: Temperatuurafhankelijk
HOPG:: Sterk georiënteerd pyrolytisch grafiet
N :: Laagnummer
L _D :: De gemiddelde afstand tussen de dichtstbijzijnde defecten
LN₂ :: ,Vloeibare stikstof
Pos(G):: G-piekpositie
FWHM(G):: Volledige breedte op halve maximum van G-piek
EPC:: Elektron-fonon koppeling

Onderzoek naar de optische eigenschappen van InGaN/GaN meerdere kwantumputten met variërende GaN-kaplaagdikte Verhoging van de efficiëntie van de energieconversie van Quantum Dot-Sensitized zonnecellen door een concentrerend fotovoltaïsch concept te integreren met dubbele fotoanodes

Nanomaterialen

Metaal

Hars

vezel

Samengesteld materiaal