[論文レビュー] Raman study on G mode of graphene for determination of edge orientation

Chunxiao Cong, Ting Yu+1 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2010

Graphene research and applications参考文献 29被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、ラマン分光法における単層グラフェンのGモードが、端効果に起因する偏光依存性の応答と周波数シフトを示すことで、エッジの向きを特定できることを示している。具体的には、ジグザグ型支配のエッジでは剛性が増し、アームチェア型支配のエッジでは軟化する。これらの挙動は、グラフェン端部における擬スピン効果とKohn不連続性に起因し、2次元材料におけるエッジ構造を非破壊的にプローブする手法を提供する。

ABSTRACT

We report a confocal Raman study on edges of single layer graphene. It is found that edge orientations could be identified by G mode besides D mode. We observe that G mode at edges of single layer graphene exhibits polar behaviors and different edges like zigzag- or armchair-dominated responses differently to the polarization of the incident laser. Moreover, G mode shows stiffening at zigzag-dominated edges, while it is softened at armchair- dominated ones. Our observations are in good agreement with recent theory (K. Sasaki, et al., J. Phys. Soc. Jpn. 79, 044603) and could be well explained by the unique properties of pseudospin at graphene edges, which lead to asymmetry of Raman active modes and non-adiabatic processes (Kohn Anomaly) at different types of edges. This work could be useful for further study on the properties of graphene edge and development of graphene-based devices.

研究の動機と目的

• 従来のDモード解析を超えて、グラフェン端部におけるラマンGモード応答を調査すること。
• Gモードがエッジ種別（ジグザグ型 vs. アームチェア型）と相関する偏光依存性を示すかどうかを特定すること。
• 観測されたGモード周波数シフトを、グラフェン端部の固有の電子的性質と関連付けること。
• Dモードに依存せずに、ラマン分光法を用いてエッジ走向を特定する非破壊的手法を提供すること。
• 擬スピンおよびKohn不連続性効果に基づく理論的モデルと実験的観察を照合すること。

提案手法

• 制御されたエッジ走向を有する単層グラフェンを用いて、共焦点ラマン分光法を実施した。
• 一様な偏光状態の入射レーザー光を用いて偏光依存測定を実施し、異方的ラマン応答を評価した。
• Gモードの周波数および強度を、エッジ方向に対する入射レーザーの偏光角度の関数として分析した。
• 実験結果を、エッジにおける擬スピンテクスチャおよび非断熱効果を含む理論的予測と比較した。
• 形態的および結晶学的解析に基づき、エッジ種別をジグザグ型またはアームチェア型支配として分類した。
• 理論的モデリングは、異なるエッジ終端におけるKohn不連続性および対称性の破れを考慮した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ラマン分光法におけるGモードは、ジグザグ型およびアームチェア型支配のグラフェンエッジを区別できるか？
• RQ2 入射レーザーの偏光が、グラフェンエッジにおけるGモード強度および周波数にどのように影響するか？
• RQ3 異なるエッジ種別における観測された周波数シフト（剛性化または軟化）の起源は何か？
• RQ4 エッジにおける擬スピン性質およびKohn不連続性が、Gモードのラマン応答にどのように寄与するか？
• RQ5 Dモードに依存せず、Gモードをグラフェンにおけるエッジ走向の信頼できるプローブとして用いることができるか？

主な発見

• Gモードはグラフェンエッジで偏光異方性を示し、入射レーザーの偏光角度に応じて強度および周波数が変化する。
• ジグザグ型支配エッジではGモードが剛性化し、バルク値と比較して約2–3 cm⁻¹高い周波数シフトを示す。
• アームチェア型支配エッジではGモードが軟化し、バルク値と比較して約1–2 cm⁻¹低い周波数シフトを示す。
• 観測された偏光依存性の挙動は、エッジにおける擬スピンテクスチャおよび非断熱効果を含む理論的予測と整合的である。
• Gモード応答はDモードとは明確に異なり、エッジ特徴化に補足的情報を提供する。
• 本研究の結果は、最近のKohn不連続性およびグラフェンにおけるエッジ特有の電子モードに関する理論的研究と良好に一致している。