Raman-analyse van G en D' fononverschuivingen in vacature-geïnduceerde monolag tot weinig-lagen grafene over 78–318 K

Samenvatting

Defecten in het hexagonale netwerk van een sp²-gehybrideerde koolstofatoom zijn aangetoond om een significante invloed te hebben op de intrinsieke eigenschappen van grafene-systemen. In dit artikel presenteren we een studie van temperatuurafhankelijke Ramanspectra van de G-piek en D'-band bij lage temperaturen van 78 tot 318 K in defecte monolag tot weinig-lagen grafene geïnduceerd door ionen C+ bombardement onder de bepaling van vacature-uniformiteit. Defecten leiden tot de toename van de negatieve temperatuurcoëfficiënt van de G-piek, met een waarde bijna identiek aan die van de D'-band. Echter, de variatie van frequentie en lijndikte van de G-piek met laagnummer is contrasterend tot de D'-band. Dit ontstaat uit de gerelateerde elektronen-fonon-interactie in G en D' fonon in het door onorde geïnduceerde Raman-verstrooiingsproces. Onze resultaten helpen om het mechanisme van temperatuurafhankelijke fononen in grafene-gebaseerde materialen te begrijpen en bieden waardevolle informatie over thermische eigenschappen van defecten voor de toepassing van grafene-gebaseerde apparaten.

Inleiding

Grafene-gebaseerde materialen zijn veelbelovende materialen die thermische, elektronische en fotonische apparaten overbruggen [1, 2] vanwege hun intrigerende eigenschappen [3, 4] aangezien de meeste studies eerst gericht waren op monolag grafene (1LG) [3, 4] en vervolgens overgingen op weinig-lagen grafene (FLGs) [5, 6] vanwege hun veelbelovende bandkloof-afstelbaarheid [7, 8]. Raman-verstrooiing is een van de breed gebruikte technieken om de fononeigenschappen van grafene-gebaseerde materialen te karakteriseren [2, 9]. Hun thermische transporteigenschappen kunnen worden onderzocht door bestuderen van temperatuurafhankelijke (T-afhankelijke) Ramanspectra. Balandin et al. [10] maakten de eerste meting van de thermische geleiding van een mechanisch geëxfolieerde 1LG door de verschuiving van de G-piek met laserverhitting te monitoren, en Ghosh et al. [11] onderzochten vervolgens de thermische transport in mechanisch geëxfolieerde FLGs met dezelfde techniek. In veel praktische toepassingen zijn defecten in 1LG en FLGs onvermijdelijk door verschillende bereidingsmethoden en zelfs wijziging van perfecte grafene-structuren is vereist om elektrische parameters af te stellen en de lage chemische activiteit te verbeteren [12, 13]. Het is onmisbaar om te bestuderen hoe defecten de fononeigenschappen van grafene beïnvloeden om een diepgaand begrip van hun thermische transporteigenschappen te verkrijgen. Ondanks dat er weinig rapporten zijn over T-afhankelijke fononeigenschappen in het geval van stikstof-gedopte en boor-gedopte grafene-laagfilms [14], is er geen mechanisme-discussie geweest omdat de potentiël verantwoordelijke mechanismen relatief complex waren, zoals de Fermi-niveau verandering door ladingverontreinigingen, de N-C of B-C bindingslengteverandering en de lange-afstand interacties tussen stikstof of boor puntdefecten. Tot nu toe is er geen rapport dat speciaal T-afhankelijke fononeigenschappen in grafene met vacatures onderzoekt. Echter, vacatures [15] zijn een van de meest waarschijnlijke defecten die optreden in synthetische grafene-materialen met een eén-atoom-dik vel van covalente gebonden koolstofatomen met sp²-hybridisatie verpakt in een honingraatkristalrooster.

Om verschillende fononeigenschappen met zuivere grafene te verduidelijken, voerden we een T-afhankelijke Raman-meting uit van mechanisch geëxfolieerde 1LG en FLGs na ionen C+ bombardement. Ionenbundelbombardement is een effectieve methode om grafene snijden en perforeren te voltooien [16], wat vacatures met uniformiteit in het hexagonale netwerk van koolstofatomen kan introduceren door ionen C+ bombardement. Naast de belangrijkste G-piek (~ 1582 cm⁻¹) afgeleid van intrinsieke grafene-structuur, kunnen verschillende additionele symmetriebrekende kenmerken bij de G-piek worden gevonden, zoals de defect-gerelateerde D' piek [17] (~ 1620 cm⁻¹). In dit artikel presenteren we een studie van T-afhankelijke fononeigenschappen van G-piek en D' piek bij lage temperaturen van 78 tot 318 K in 1LG en FLGs met vacatures en proberen het mechanisme van het defecte fononeffect en extrinsieke T-afhankelijke Raman-gedrag te bespreken. Onze resultaten helpen om T-afhankelijke informatie van defecten op thermische eigenschappen in grafene-vlokken voor toepassingen van apparaten te verstrekken.

Materialen en methoden

Hoog georiënteerde pyrolytische grafiet (HOPG) werd mechanisch geëxfolieerd op dezelfde Si {100} substraten bedekt met een 89-nm SiO₂ om 1LG en FLGs 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 overliggend grafene-vlokken en de Si-piek (I(Si₀)) van kaal SiO₂/Si substraat [18]. De standaardwaarden van I(Si_G)/I(Si₀) voor NLG-vlokken gedeponeerd op SiO₂/Si substraat zijn gegeven in de aanvullende data van referentie [19]. We bereidden diverse sets grafene-vlokken met N bepaald en geselecteerde 2 sets van 1LG-4LG, 6LG en 10LG vlokken. Vacatures werden opzettelijk geïntroduceerd door ionen C+ bombardement voor één set monsters (genaamd de defecte set), met de defect-vrije set als contraste. De lage-energie C+ ionen bombarderden loodrecht op het monsteroppervlak bij kamertemperatuur, wat uitgevoerd werd met een LC-4 type systeem met de dosis en kinetische energie van 2 × 10¹³ cm⁻² en 80 keV, respectievelijk. Na ionen C+ bombardement, verscheen de D-band bij ~ 1350 cm⁻¹ en D' piek bij ~ 1620 cm⁻¹ in de Ramanspectra van NLG-vlokken, zoals afgebeeld in Fig. 1. De Ramanspectra van de defect-vrije set zijn ook in Fig. 1 geplot. Ramanspectra 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 basis bij 1582 cm⁻¹ voor en na ionen C+ bombardement, wat toonde dat defecten in de monsters alleen de symmetrie van het koolstofhoningraatrooster braken, maar geen duidelijke doping veroorzaakten wat de frequentie van de G-piek zou doen opschuiven. Dit maakte verder onderzoek meer voor de hand liggend. Er was een andere opvallende spectrale band rond 2700 cm⁻¹ voor en na ionen C+ bombardement, wat wordt aangeduid als een 2D-band [17] en een overtoon is van de D-band [17]. De lijndikte van de 2D-band is breed gebruikt om het aantal grafene-lagen van één tot vier lagen te onderscheiden [20, 21]. Echter, de 2D-band werd zachter en voller na ionen C+ bombardement en zijn afhankelijkheid van het aantal grafene-lagen werd vervaagd door de roosterverandering die de fonondispersiecurve wijzigt.

Om de uniformiteit van vacatures geïntroduceerd in de grafene-structuur door ionen C+ bombardement te onderzoeken, maakten we Raman-mapping van de monsters uit de defecte set, met de defect-vrije set als contraste. De Raman-mappings werden gemeten bij kamertemperatuur in terugkaatsing met een HR Evolution micro-Raman-systeem, uitgerust met de unieke SWIFT™ CCD, een × 100 objectieflens (NA = 0,90). Een 1800 g/mm rooster resulteerde in een 0,5-cm⁻¹ spectrale resolutie. De laser excitatie van 532 nm werd gebruikt. Een laservermogen onder 2 mW werd gebruikt om monsterverhitting te vermijden. Mapping-metingen werden uitgevoerd met een gemotoriseerde trap. De xy coördinaten van elk punt waren vooraf ingesteld om de geoptimaliseerde focus te vinden. Mapping-afbeeldingen werden geconstrueerd voor elke xy coördinaat door 100 punten op het oppervlak van een monster te nemen met een 10 × 10 gelijkmatig verdeelde array van meetpunten. In alle gevallen was x, y stap 0,5 μm. Ramanspectra werden gemeten in het bereik van 1250–2850 cm⁻¹. De mappings van G-piek intensiteit I(G) als referentie voor defecten in grafene-vlokken zijn getoond in Fig. 2 voor defect-vrije en defecte 1LG, 2LG en 3LG. De optische microscopische afbeeldingen van de corresponderende monsters zijn ook in Fig. 2 getoond. I(G) is gevoelig voor het aantal defecten [22] bij lage defectconcentraties in grafene-systemen, omdat de G-piek ontstaat uit de in-vlak C-C bindingsstrekking van alle paren sp² atomen in zowel ringen als ketens. Bovendien is de G-piek een fonon afkomstig van een normale eerste-orde Raman-verstrooiingsproces in grafene-systemen, en de intensiteit kan worden versterkt door het resonantieproces [2] door de excitatie-energie die overeenkomt met de overgang van een valentieband naar een geleidingsband. De kleur van I(G) mappings in bijna alle monsters is basis homogeen over het hele vel om de uniformiteit van de atoomsructuur van grafene-lagen te bepalen. I(G) in defecte NLG-vlokken is lager dan in defect-vrije NLG-vlokken door de introductie van vacatures. Hoewel de kleur van sommige punten in de hoek in de defecte set van monsters een beetje verschil toont, kunnen we de uniformiteit van vacatures in het dominande deel van defecte monsters identificeren. Bovendien kunnen defecten gekarakteriseerd worden door de gemiddelde afstand tussen dichtstbijzijnde defecten (L_D) [22, 23]. We berekenen de defectverdeling L_D die ongeveer 4–6 nm is in C+-gebombardeerde 1LG gebaseerd op de intensiteitsverhouding tussen D-band en G-band, dwz. I(D)/I(G), met behulp van de bekende Tuinstra-Koenig relatie [24] (de mapping van L_D in C+-gebombardeerde 1LG werd getoond in Fig. f1 met meer fysieke uitleg in supplementair.) I(D) is ook direct gerelateerd aan het aantal defecten [23, 25] omdat de D-modus overeenkomt met een fonon door de aanwezigheid van defecten. Overwegend dat het D-kenmerk complex kan zijn in FLGs [26] vergelijkbaar met de 2D-band, werden de mappings van I(D) getoond voor defecte 1LG, 2LG en 3LG in Fig. f2 van supplementair.

Voor de boven bereide monsters maakten we de T-afhankelijke Ramanspectra bij de G-band (inclusief G-piek en D' band) in zowel defect-vrije als defecte monstersets van 1LG-4LG, 6LG en 10LG vlokken. De T-afhankelijke Ramanspectra werden gemeten in terugkaatsing 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 500-μm-diameter gat. Metingen werden uitgevoerd in een vloeibare stikstof (LN₂) gekoelde lage-temperatuur Linkam-trap uitgerust met een temperatuurcontroller. De programmeerbare koel-trap THMS600 (Linkam Scientific Instruments) dekt het temperatuurbereik van 78 tot 318 K in een N₂ gasomgeving. Het Linkam-instrument heeft een temperatuurstabiliteit van ± 0,1 K. Met een rooster met een gofdenseheid van 1800 g/mm, werd de bereikte spectrale resolutie 0,5 cm⁻¹. Een lange werkafstand × 50 objectieflens (NA = 0,45) werd gebruikt, wat een ruimtelijke resolutie beter dan 1 μm bereikt. Alle spectra werden geëxciteerd met een 532-nm laser. Tijdens alle metingen is het laservermogen laag genoeg gehouden om elke monsterverhitting te voorkomen. De integratietijd van 20 s werd aangenomen om een goed signaal-ruisverhouding te garanderen. De T-afhankelijkheid van Raman-moden werd gemeten in het bereik van 78 tot 318 K en vastgelegd bij 10 K intervallen, voor de defect-vrije en defecte sets.

Resultaten en discussie

De studies gaan in de eerste plaats over de G-piek. Figuur 3 toont de T-afhankelijke G-piek positie (Pos(G)) voor de defect-vrije en defecte sets. De data in 1LG zijn relatief fluctuerend en verwijderd van de data van andere lagen. Het is gevonden dat Pos(G) in zowel defect-vrije als defecte 1LG een progressieve afschuiving toont naarmate de temperatuur toeneemt, wat een lineaire relatie aangeeft consistent met de rapporten voor intrinsieke grafene [14, 27, 28]. Pos(G) kan worden gefit aan een lineaire vergelijking, ω(T) = ω0 + χT [29], waarbij ω0 de piekpositie van trillingsbanden bij nul Kelvin temperatuur is en χ de eerste-orde temperatuurcoëfficiënt van de modi vertegenwoordigt. De defect-vrije 1LG vertoont een negatieve temperatuurcoëfficiënt van − (1,56 ± 0,20) × 10⁻² cm⁻¹/K (geplot door de blauwe stippe lijn in Fig. 3a), wat basis consistent is met eerdere rapporten voor intrinsieke 1LG [14, 27, 28]. De temperatuurcoëfficiënt van de defecte 1LG is gevonden als − (2,52 ± 0,20) × 10⁻² cm⁻¹/K (geplot door de blauwe stippe lijn in Fig. 3b), een waarde groter dan die van de defect-vrije 1LG, vergelijkbaar met eerdere rapporten van stikstof-dotering of boor-dotering [14]. Voor monsters met meer lagen is Pos(G) aanzienlijk kleiner dan die van 1LG, maar de T-afhankelijke trend benadert die van 1LG in zowel defect-vrije set (geplot door de roze stippe lijn in Fig. 3a) en defecte set (geplot door de roze stippe lijn in Fig. 3b). Hoewel sommige eerdere rapporten suggereerden dat de temperatuurcoëfficiënt van de G-piek in dikke monsters iets kleiner is dan die in 1LG [27, 28], tonen onze data aan dat het gevoelig is voor het aantal lagen in het smalle bereik van 78 tot 318 K. Echter, Pos(G) in de defect-vrije set zijn groter dan die van de defecte set, wat een resultaat zou moeten zijn van ionen C+ bombardement.

Raman-lijndikte is een ander belangrijk kenmerk voor het onthullen van de interacties van elektronen en fononen wanneer de kristalstructuur verandert. Figuur 4 toont de T-afhankelijke volle breedte op halve maximum van de G-piek (FWHM(G)) voor de defect-vrije en defecte sets. Het is gevonden dat FWHM(G) niet gevoelig is voor temperatuur voor zowel defect-vrije als defecte sets, wat consistent is met de recent gerapporteerde T-afhankelijke FWHM(G) resultaten van zuivere grafiet [30]. Het is interessant om te merken dat T-afhankelijke FWHM(G) in diverse grafene-monsters zijn besproken [14, 31, 32] en enige discrepanties hebben; bijvoorbeeld observeerde Lin et al. [31] een toename trend in niet-ondersteunde grafene, Kolesov et al. [32] toonden verschillende T-afhankelijkheden in ondersteunde grafene op diverse substraten, en zelfs Late et al. [14] toonden licht positieve of ongevoelige afhankelijkheden in het geval van stikstof-gedopte of boor-gedopte grafiet. Echter, in het lage-temperatuurgebied onder 350 K, bleef FWHM(G) constant in alle monsters [14, 31, 32] waarschijnlijk door zwakkere bijdrage van fonon-anharmoniciteit en elektronen-fonon-koppeling (EPC) bij lage-temperatuurgebied [29, 33]. Bovendien varieert FWHM(G) van 1LG tot 10LG van 9,2 tot 14,6 cm⁻¹ in de defect-vrije 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 defect-vrije set, wat een ander resultaat zou moeten zijn van ionen C+ bombardement.

We bestudeerden vervolgens de defect-gerelateerde D' band. Figuur 5a toont Pos(D') voor de defecte set. Wanneer de temperatuur stijgt van 78 tot 318 K, daalt Pos(D') lineair tot 1620 cm⁻¹ in C+ gebombardeerde 1LG met een helling van ongeveer − (2,37 ± 0,20) × 10⁻² cm⁻¹/K (geplot door de blauwe stippe lijn in Fig. 5a). Pos(D') verschuift naar grotere waarden in dikke lagen maar heeft een vergelijkbare T-afhankelijke helling die benadert die van 1LG (geplot door de roze stippe lijn in Fig. 5a). FWHM(D') toont geen duidelijke T-afhankelijkheid zoals getoond in Fig. 5b. FWHM(D') varieert van 7,6 tot 14,4 cm⁻¹ in 1LG tot 10LG, maar neemt af met toenemende lagen. Het is duidelijk dat de D' band een vergelijkbare temperatuurcoëfficiënt vertoont met de G-piek na ionen C+ bombardement. Echter, Pos(D') neemt toe terwijl Pos(G) afneemt; tegelijkertijd neemt FWHM(D') af terwijl FWHM(G) toeneemt naarmate grafene-lagen dikker worden.

Door het eerdere werk te herzien, komen we tot de realisatie dat er verschillende factoren zijn die de Ramanspectra van de grafene-systemen beïnvloeden. Ten eerste is de T-afhankelijke Raman-studie van zuivere grafene verklaard door fonon-anharmoniciteit en EPC [29]. Echter, de Ramanspectra kunnen ook afhankelijk zijn van het monster in de aanwezigheid van vacatures. De temperatuurcoëfficiënt van de G-piek in defecte grafene-monsters is groter dan die van de defect-vrije monsters. Omdat EPC de toename van Pos(G) induceert terwijl fonon-anharmoniciteit het verlaagt wanneer de temperatuur toeneemt, leidt de dominantie van fonon-anharmoniciteit tot het verzachten van G-fonon en resulteert dus in een negatieve temperatuurcoëfficiënt voor de G-piek [29]. Na ionen C+ bombardement is het mogelijk dat de roosterverandering de EPC wijzigt, leidend tot het verharden van G-fonon; overeenkomstig wordt de temperatuurcoëfficiënt van de G-piek minder negatief. Tegelijkertijd zijn Pos(G) in de defect-vrije set groter dan die van de defecte set, wat een afname in de fononenergie betekent door de roosterverandering door vacatures [34]. Ten tweede zijn de FWHM(G) waarden in de defecte set groter dan die in de defect-vrije set, wat een afname in de fononlevensduur betekent door het fonon-confinement-effect [35] wanneer de atoomsructuur van grafene wordt vernietigd door vacatures. Ten derde worden FLGs gevormd door stapelen van aantallen 1LG langs de c-as, en hun fonon-anharmoniciteit en EPC zijn nauw gerelateerd aan die van 1LG. De temperatuurcoëfficiënt van de G-band in FLGs benadert die van 1LG in zowel defect-vrije als defecte monsters. Echter, er zijn enkele verschillen tussen hen. De ultradunne aard van 1LG maakt het noodzakelijk om het effect van het substraat te overwegen. Pos(G) in 1LG is hoger dan die van de dikke monsters voor zowel defect-vrije als defecte sets. Pos(G) verschuift op tot ~ 1588 cm⁻¹ in defect-vrije 1LG en ~ 1584 cm⁻¹ in defecte 1LG bij 300 K in variabele-temperatuur experimenten, hoewel hun Pos(G) basis bij 1582 cm⁻¹ blijven in kamertemperatuur-metingen. De mogelijke reden is de thermische-uitdingscoëfficiënt mismatch tussen het materiaal en het substraat [36]. Pos(G) in dikke monsters neemt lineair toe tot ~ 1582 cm⁻¹ in de defect-vrije set en ~ 1580 cm⁻¹ in de defecte set bij 300 K, wat betekent dat het steeds ongevoeliger wordt voor substraateffecten naarmate grafene-lagen dikker worden. Tegelijkertijd verscherpt FWHM(G) aanzienlijk af tot ~ 9,2 cm⁻¹ in defect-vrije 1LG en ~ 10,9 cm⁻¹ in defecte 1LG in variabele-temperatuur experimenten, hoewel FWHM(G) van zuivere grafene ~ 13 cm⁻¹ is in kamertemperatuur-metingen. De mogelijke reden is de blokkade van de fonon-val in elektronen-gaten paren [37] door het dielectrische effect van het substraat in de dunne grafene-laag. Ten slotte kan D' fonon beschouwd worden als een niet-triviaal prototype om het temperatuureffect van defecte grafene-materialen te bestuderen op basis van de volgende redenen: (1) additionele Raman-moden kunnen worden waargenomen in ongerichte grafene-monsters, bijvoorbeeld de zogenaamde D en D' modi. Hoewel deze modi niet toegeschreven kunnen worden aan de trillingsmodus van defecten zelf, corresponderen ze met fononen met het breken van impulsbehoud [38] door de aanwezigheid van defecten in het monster. Hun T-afhankelijke gedrag kan de bijdrage van EPC weerspiegelen door de roosterverandering in defecte monsters. (2) De relatie tussen G-piek en D' modus is zowel onderling gerelateerd als competitief, omdat er de gerelateerde elektronen-fonon-interactie is in G en D' fonon, omdat hun frequentie en lijndikte afhangen van dezelfde kegelvormige elektronische bandstructuur in de regio nabij het K-punt [39]. (3) D-fonon is een ander typisch spectraal kenmerk in defecte grafene-monsters. Echter, de D-band wordt breed en complex met de toename van grafene-lagen langs de c-as door een inter-vallei-proces dat twee kegelvormige elektronische bandstructuren rond ongelijke K en K' punten verbindt [40]. (4) Meer berekening is nodig om het T-afhankelijke gedrag van D' modus te verklaren, wat buiten de scope van dit werk valt.

Conclusie

In dit artikel werden vacatures uniform geïntroduceerd in koolstofstructuren door ionen C+ bombardement en gekarakteriseerd door Raman-mappings van I(G). De T-afhankelijke fononeigenschappen van G-piek en D' band in defecte 1LG en FLGs werden gemeten door Raman-spectrometer gecombineerd met een Linkam-cryostaat, met defect-vrije monsters als contraste. Bij temperaturen van 78 tot 318 K leiden defecten tot de toename van negatieve temperatuurcoëfficiënt van G-piek door de roosterverandering. D' modus als een Raman-handtekening voor onorde is zowel onderling gerelateerd als competitief met G-piek onder de defect-fonon-interactie. De temperatuurcoëfficiënt van D' band is bijna identiek aan G-piek. Echter, Pos(D') neemt toe terwijl FWHM(D') afneemt met toenemende lagen, contrasterend tot G-piek. Concluderend, de defecten in grafene-structuur door ionen C+ bombardement induceren een grote verandering van T-afhankelijke eigenschappen van fononen; daarom hebben ze een invloed op de fysieke eigenschappen van grafene-systemen. De introductie van vreemde atomen in de hexagonale koolstofnetwerken is een hot topic tegenwoordig voor een effectief hulpmiddel om de intrinsieke eigenschappen van grafene-systemen af te stellen. De corresponderende eigenschappen moeten in de toekomst grondig worden onderzocht.

Beschikbaarheid van gegevens en materialen

Grafene-vlokken werden verkregen door micromechanische splitsing van bulk grafietkristallen (2D semiconductors 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 overliggend grafene-vlokken en de Si-piek (I(Si₀)) van kaal SiO₂/Si substraat. Vacatures werden opzettelijk geïntroduceerd door ionen C+ bombardement voor één set monsters (genaamd de defecte set), met de defect-vrije set als contraste. De lage-energie C+ ionen bombarderden loodrecht op het monsteroppervlak bij kamertemperatuur wat uitgevoerd werd met een LC-4 type systeem met de dosis en kinetische energie van 2 × 10¹³ cm⁻² en 80 keV, respectievelijk. De Raman-mappings werden gemeten bij kamertemperatuur in terugkaatsing met een HR Evolution micro-Raman-systeem, uitgerust met de unieke SWIFT™ CCD, een × 100 objectieflens (NA = 0,90). Een 1800 g/mm rooster resulteerde in een 0,5-cm⁻¹ spectrale resolutie. De laser excitatie van 532 nm werd gebruikt. Een laservermogen onder 2 mW werd gebruikt om monsterverhitting te vermijden. Mapping-metingen werden uitgevoerd met een gemotoriseerde trap. De xy coördinaten van elk punt waren vooraf ingesteld om de geoptimaliseerde focus te vinden. Mapping-afbeeldingen werden geconstrueerd voor elke xy coördinaat door 100 punten op het oppervlak van een monster te nemen met een 10 × 10 gelijkmatig verdeelde array van meetpunten. In alle gevallen x, y stap was 0,5 μm. De T-afhankelijke Ramanspectra werden gemeten in terugkaatsing 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 500-μm diameter gat. Metingen werden uitgevoerd in een vloeibare stikstof (LN₂) gekoelde lage-temperatuur Linkam-trap uitgerust met een temperatuurcontroller. De programmeerbare koel-trap THMS600 (Linkam Scientific Instruments) dekt het temperatuurbereik van 78 tot 318 K in een N₂ gasomgeving. Het Linkam-instrument heeft een temperatuurstabiliteit van ± 0,1 K. Met een rooster met een gofdenseheid van 1800 g/mm, werd de bereikte spectrale resolutie 0,5 cm⁻¹. Een lange werkafstand × 50 objectieflens (NA = 0,45) werd gebruikt, wat een ruimtelijke resolutie beter dan 1 μm bereikt. Alle spectra werden geëxciteerd met een 532-nm laser. Tijdens alle metingen is het laservermogen laag genoeg gehouden om elke monsterverhitting te voorkomen. De integratietijd van 20 s werd aangenomen om een goed signaal-ruisverhouding te garanderen. De T-afhankelijkheid van Raman-moden werd gemeten in het bereik van 78 tot 318 K en vastgelegd bij 10 K intervallen, voor de defect-vrije en defecte sets.

Afkortingen

1LG:

Monolag grafene

FLGs:

Weinig-lagen grafene

T-afhankelijk:

Temperatuurafhankelijk

HOPG:

Hoog georiënteerde pyrolytische grafiet

N :

Laagnummer

L _D :

De gemiddelde afstand tussen dichtstbijzijnde defecten

LN₂ :

Vloeibare stikstof

Pos(G):

G-piek positie

FWHM(G):

Volle breedte op halve maximum van G-piek

EPC:

Elektronen-fonon-koppeling