Влияние краевых дефектов на спектр комбинационного рассеяния графена

Г.Н. Тен, А.Ю. Герасименко ORCID logo , М.С. Савельев, А.В. Куксин, П.Н. Василевский, Е.П. Кицюк ORCID logo , В.И. Баранов показать трудоустройства и электронную почту
Получена 30 сентября 2019; Принята 09 декабря 2019;
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: Г.Н. Тен, А.Ю. Герасименко, М.С. Савельев, А.В. Куксин, П.Н. Василевский, Е.П. Кицюк, В.И. Баранов. Влияние краевых дефектов на спектр комбинационного рассеяния графена. Письма о материалах. 2020. Т.10. №1. С.89-93
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-1-89-93

Аннотация

Присутствие вакансионного краевого дефекта может быть обнаружено по интенсивной 2D полосе в спектре комбинационного рассеянияИсследовано влияние вакансионного краевого дефекта (разрыв связей между атомами углерода) листа графена на спектр комбинационного рассеяния (КР). Расчет спектров был выполнен с помощью теории функционала плотности (DFT) по программе Gaussian-09. Моделирование фрагмента листа графена с разрывом одной связи между атомами углерода на краю показало, что изменения в спектре являются общими для случаев легирования графена атомами азота и функционализации атомами кислорода. При этом как в экспериментальных спектрах КР, так и в рассчитанных наиболее сильные линии D проявляются в функционализированном графене с атомами кислорода, а линии Dʹ — в легированном азотом графене. При этом наиболее сильная линия 2D характерна для модели графена без примесей, а легирование графена азотом или функционализация кислородом приводит к понижению её интенсивности. Такое сравнение результатов моделирования с учетом вакансионного краевого дефекта для фрагмента листа графена в виде параллелограмма с атомами водорода, легированного атомами азота и функционализированного атомами кислорода с экспериментальными данными показало хорошее соответствие данных. При этом в нарушенных гексагональных структурах, расположенных на его краю, колебания атомов водорода, связанных ковалентной связью с соседними атомами углерода, движутся навстречу друг другу. Такой стерический эффект приводит к понижению частоты валентного колебания q(CH), которое проявляется в области ~2700 см−1 и отвечает колебанию 2D. Произведено сравнение результатов моделирования вакансионного краевого дефекта для фрагмента листа графена, легированного атомами азота и функционализированного атомами кислорода с экспериментальными данными.

Ссылки (23)

1. I. Childres, L. A. Jauregui, W. Park, H. Cao, Y. P. Chen. In: New developments in photon and materials research (ed. by J. I. Jang). Nova Publishers, New York, United States (2013) pp. 403 - 418.
2. T. Zhao, Z. Liu, X. Xin, H.-M. Cheng, W. Ren. J. Mater. Sci. Technol. 35 (9), 1996 (2019). Crossref
3. K.-M. Hu, Z.-Y. Xue, Y.-Q. Liu, P.-H. Song, X.-H. Le, B. Peng, H. Yan, Z.-F. Di, J. Xie, L.-W. Lin et al. Carbon N. Y. 152, 233 (2019). Crossref
4. A. Yu. Gerasimenko, E. P. Kitsyuk, A. V. Kuksin, R. M. Ryazanov, A. I. Savitskiy, M. S. Saveliev, A. A. Pavlov. Diam. Relat. Mater. 96, 104 (2019). Crossref
5. A. S. Pawbake, K. K. Mishra, L. G. B. Machuno, R. V. Gelamo, T. R. Ravindran, C. S. Rout, D. J. Late. Diam. Relat. Mater. 84, 146 (2018). Crossref
6. M. S. Savelyev, A. Y. Gerasimenko, V. M. Podgaetskii, S. A. Tereshchenko, S. V. Selishchev, A. Y. Tolbin. Opt. Laser Technol. 117, 272 (2019). Crossref
7. E. J. Heller, Y. Yang, L. Kocia, W. Chen, S. Fang, M. Borunda, E. Kaxiras. ACS Nano. 10 (2), 2803 (2016). Crossref
8. P. R. Wallace. Phys. Rev. 71 (9), 622 (1947). Crossref
9. P. Venezuela, M. Lazzeri, F. Mauri. Phys. Rev. B. 84 (3), 035433 (2011). Crossref
10. A. Eckmann, A. Felten, A. Mishchenko, L. Britnell, R. Krupke, K. S. Novoselov, C. Casiraghi. Nano Lett. 12 (8), 3925 (2012). Crossref
11. M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson et al. Gaussian. 09, 394 (2009).
12. H. Gao, L. Song, W. Guo, L. Huang, D. Yang, F. Wang, Y. Zuo, X. Fan, Z. Liu, W. Gao et al. Carbon N. Y. 50 (12), 4476 (2012). Crossref
13. X. Díez-Betriu, S. Álvarez-García, C. Botas, P. Álvarez, J. Sánchez-Marcos, C. Prieto, R. Menéndez, A. de Andrés. J. Mater. Chem. C. 1 (41), 6905 (2013). Crossref
14. M. Z. Iqbal, S. Siddique, A. Rehman. Diam. Relat. Mater. 85, 112 (2018). Crossref
15. A. C. Ferrari, J. C. Meyer, V. Scardaci, C. Casiraghi, M. Lazzeri, F. Mauri, S. Piscanec, D. Jiang, K. S. Novoselov, S. Roth et al. Phys. Rev. Lett. 97 (18), 187401 (2006). Crossref
16. Z. Luo, T. Yu, Z. Ni, S. Lim, H. Hu, J. Shang, L. Liu, Z. Shen, J. Lin. J. Phys. Chem. C. 115 (5), 1422 (2011). Crossref
17. A. A. Lebedev, S. P. Lebedev, S. N. Novikov, V. Y. Davydov, A. N. Smirnov, D. P. Litvin, Y. N. Makarov, V. S. Levitskii. Tech. Phys. 61 (3), 453 (2016). Crossref
18. R. Beams, L. Gustavo Cançado, L. Novotny. J. Phys. Condens. Matter. 27 (8), 083002 (2015). Crossref
19. S. Zhang, Y. Li, Y. Kang, Y. Dong, S. Hong, X. Chen, J. Zhou, Y. V. Fedoseeva, I. P. Asanov, L. G. Bulusheva et al. Carbon N. Y. 108, 461 (2016). Crossref
20. A. A. Babaev, M. E. Zobov, D. Y. Kornilov, S. V. Tkachev, E. I. Terukov, V. S. Levitskii. Opt. Spectrosc. 125 (6), 1014 (2018). Crossref
21. J. A. Velten, J. Carretero-González, E. Castillo-Martínez, J. Bykova, A. Cook, R. Baughman, A. Zakhidov. J. Phys. Chem. C. 115 (50), 25125 (2011). Crossref
22. J. C. Meyer, C. Kisielowski, R. Erni, M. D. Rossell, M. F. Crommie, A. Zettl. Nano Lett. 8 (11), 3582 (2008). Crossref
23. C. O. Girit, J. C. Meyer, R. Erni, M. D. Rossell, C. Kisielowski, L. Yang, C.-H. Park, M. F. Crommie, M. L. Cohen, S. G. Louie, A. Zettl. Science. 323 (5922), 1705 (2009). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование на английском языке

1. Министерство образования и науки Российской Федерации - Проект № 0N59-2019-0017