《硼摻雜多層石墨烯的振動光譜線型研究》是依託河北大學，由李曉莉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：硼摻雜多層石墨烯的振動光譜線型研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李曉莉
- 依託單位：河北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
多層石墨烯（MLG）是由單層石墨烯（SLG）按不同方式堆垛而成的，但是MLG具有不同於SLG的電子能帶結構和聲子振動模式。按Bernal方式堆垛的本徵MLG層內振動G模的紅外吸收光譜和層間剪下C模的拉曼光譜均呈現出非對稱的Fano線型。這種Fano線型來源於晶格振動與狄拉克點附近連續的電子激發之間的耦合作用。由於MLG狄拉克點附近電子激發與其摻雜所產生的載流子濃度密切相關，可以預期在不同摻雜濃度下MLG的G模和C模的光譜線型將會發生顯著變化。本項目將通過製備不同濃度的硼摻雜多層石墨烯樣品，分別採用紅外光譜和拉曼光譜來研究G模和C模的線型隨摻雜濃度的變化規律，並從理論上研究G模和C模線型與摻雜引起的費米能級移動之間的關係。理論與實驗的結合將有助於在不同濃度摻雜下探測MLG的電聲子耦合以及MLG狄拉克點附近的電子態密度，為深入理解MLG的電子能帶結構和潛在的光電子套用提供物理支持。
結題摘要
按Bernal方式堆垛的本徵多層石墨烯(MLG)層間剪下C模的拉曼光譜呈現出非對稱的Fano線型，源於晶格振動與狄拉克點(Dirac點)附近連續的電子激發之間的耦合作用，而且Dirac點附近電子激發容易受到外界摻雜影響，使C模的光譜線型發生顯著變化。本項目通過混合氧化硼與天然石墨，使用石墨爐在氬氣環境中在2200℃下對該混合物進行約2小時的熱處理以實現硼摻雜，並將天然石墨和硼摻雜石墨分別通過機械剝離法在帶有孔洞的具有SiO2覆蓋層的Si晶片上獲得本徵MLG和硼摻雜MLG薄片。首先，利用低頻拉曼實驗測試C模的Fano線型，發現隨著層數增加，本徵C峰的線型逐漸偏離對稱線型，而且線寬逐漸變寬，硼摻雜後C峰的強度比未摻雜時變大，而且C峰的形狀變得更傾向於洛倫茲線型而不是Fano線型。然後，根據Fano-Anderson模型，利用格林函式方法和緊束縛近似方法，計算了本徵MLG的C模的不對稱因子和線寬與層數的對應關係，以及計算了硼摻雜引起的費米面移動對C模不對稱因子的影響。得到Bernal堆積的MLG隨著層數的增加，有更多的子能帶與C模耦合，其不對稱因子的絕對值逐漸變大，而且發現層數為奇數的MLG中具有線性色散的子能帶會大大削弱Fano效應，同時我們注意到3層與2層的實驗和理論結果偏差可能歸因於空氣分子的吸附或來自頂層和底層的電荷轉移；以2LG為例移動費米能級，發現2EF遠低於C模頻率(E(C))時，C模的線型變化不大，當2EF接近甚至大於E(C)時，C模的線型變得趨於對稱。理論計算結果與實驗結果基本一致。本工作基本完成了對MLG中C峰的Fano線型的物理機制的研究，同時研究了不同濃度硼摻雜情況下MLG的缺陷振動模式的特徵，硼摻雜MLG的層間耦合，轉角和摺疊MLG的層間耦合等，為深入理解MLG的Dirac點附近更多電子特性和潛在的光電子套用提供物理支持。項目資助取得的科研成果以論文形式刊發，共發表論文15篇，目前還有2篇待投。培養碩士生3名。項目投入經費23萬，支出18.3252萬，各項支出基本與預算相符，剩餘經費計畫用於本項目研究的後續支出。
