单层和多层石墨烯的拉曼光谱学研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:skt023
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石墨烯由于其独特的二维晶体结构及线性电子能带结构使它在光学和电学等方面具有优异的性质,因此石墨烯在微纳电子器件方面具有广泛的应用前景。石墨烯的很多物理性质同样也可以拓展到双层石墨烯和多层石墨烯材料。材料缺陷和边界对石墨烯的物理性质及器件性能有很大的影响。拉曼光谱在研究石墨烯性质方面发挥了重要作用。因此,本论文基于双共振理论,以拉曼光谱为实验手段,研究了石墨烯平面内的声学声子色散关系、离子注入对单层和双层石墨烯拉曼光谱的影响以及多层石墨烯边界的拉曼光谱等。本论文的主要研究内容和获得的结果如下:  一、利用拉曼光谱研究了单层和双层石墨烯在1800-2150cm-1范围内的和频拉曼模。利用双共振理论,在单层石墨烯中,把位于1806cm-1和1908cm-1左右的两个不对称峰指认为L1+D和L2+D。利用多激发光拉曼光谱获得了和频模L1+D和L2+D的激发光能量色散关系,分别为130cm-1/eV和198cm-1/eV。同时,基于双共振拉曼散射理论,利用多波长激光拉曼散射结合声子色散曲线分别从实验上和理论上分析发现,双层石墨烯在此频率范围内主要存在4个拉曼模,它们主要由LO和LA或iTA按不同共振散射方式所组成的4个和频模,而iTO和oTO参与和频的可能性很小。文章澄清了学术界在1800-2150cm-1频率范围内和频模的解释,有助于进一步深入理解多层石墨烯在此范围内的和频模。  二、用离子注入在单层和双层石墨烯中产生缺陷,并利用拉曼光谱研究了存在缺陷时单层和双层石墨烯的一阶和二阶拉曼模,单层石墨烯的D模为双峰结构,而双层石墨烯的D模具有四峰结构。同时,利用四条激光线系统地研究了本征和缺陷单层和双层石墨烯的拉曼峰频率的激发光能量依赖关系,并基于石墨材料的双共振拉曼散射机制指认了离子注入后样品各拉曼峰的物理根源。  三、边界自然地存在于单层石墨烯样品中。同样的,在多层石墨烯(MLG)样品中每层石墨烯也存在着自身的边界。我们研究了一层石墨烯边界堆垛在(n-1)层石墨烯[(n-1)LG,n≥1]上的拉曼光谱。一层石墨烯边界堆垛在(n-1)LG上的D模峰形类似于离子注入后n层石墨烯(ion-nLG)的峰形。实验中所用的双层石墨烯和三层石墨烯是用微机械剥离法得到的,且边界在光学图像上都是对齐的。此时,利用D模和2D模的光谱特征,可以确定双层石墨烯和三层石墨烯边界排列中各自的两种对齐方式。这将有利于从实验上研究多层石墨烯边界态的性质及其应用。
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