[论文解读] Effects of Layer Stacking on the Combination Raman modes in Graphene

Rahul Rao, Ramakrishna Podila+5 more|Figshare|Jun 6, 2011

Photonic and Optical Devices被引用 3

一句话总结

本研究探讨了石墨烯中层堆叠结构对单层、双层、少层及非匹配双层石墨烯在SiO2衬底上组合拉曼模态的影响。通过拉曼光谱，作者在~1860 cm⁻¹（iTALO−）、~1880 cm⁻¹（iTALO+）和~2220 cm⁻¹（iTOTA）处识别出新模态，表明其频率随层数线性变化，而iTALO−峰强度随层数增加而降低，为二维碳同素异形体中堆叠依赖的电子-声子耦合提供了新见解。

ABSTRACT

We have observed new combination modes in the range from 1650 - 2300 cm-1 in single-(SLG), bi-, few-layer and incommensurate bilayer graphene (IBLG) on silicon dioxide substrates. The M band at ~1750 cm-1 is suppressed for both SLG and IBLG. A peak at ~1860 cm-1 (iTALO-) is observed due to a combination of the iTA and LO phonons. The intensity of this peak decreases with increasing number of layers and this peak is absent in bulk graphite. Two previously unidentified modes at ~1880 cm-1 (iTALO+) and ~2220 cm-1 (iTOTA) in SLG are tentatively assigned as combination modes around the K point of the graphene Brillouin zone. The peak frequencies of the iTALO+ (iTOTA) modes are observed to increase (decrease) linearly with increasing graphene layers.

研究动机与目标

• 研究不同层数下层堆叠对石墨烯中组合拉曼模态的影响。
• 在单层和少层石墨烯中识别并分配此前未报道的拉曼模态。
• 理解声子耦合在石墨烯中随层数和堆叠顺序变化的演化机制。
• 将观测到的拉曼特征与布里渊区K点附近的电子和振动性质相关联。

提出的方法

• 在SiO2衬底上生长的单层、双层、少层及非匹配双层石墨烯（IBLG）样品上进行了拉曼光谱测量。
• 研究聚焦于1650–2300 cm⁻¹的光谱范围，以检测涉及声子的组合模态。
• 分析了峰频率和强度随层数及堆叠构型的变化。
• 基于石墨烯布里渊区K点处的对称性与声子耦合进行理论赋值。
• 量化了峰频率位移随层数变化的线性趋势。
• 通过与体石墨的比较，确认了高度有序体系中某些模态的缺失。

实验结果

研究问题

• RQ1 石墨烯中组合拉曼模态如何随层数增加和堆叠顺序演变？
• RQ2 为何在单层和非匹配双层石墨烯中，~1750 cm⁻¹处的M带被抑制？
• RQ3 为何在体石墨中虽存在少层体系中的~1860 cm⁻¹ iTALO−模态，却未被观测到？
• RQ4 在单层石墨烯中观测到的~1880 cm⁻¹（iTALO+）和~2220 cm⁻¹（iTOTA）新模态的起源是什么？
• RQ5 iTALO+和iTOTA模态的频率如何随石墨烯层数变化？

主要发现

• 在~1860 cm⁻¹处的新组合模态（iTALO−）被指认为iTA与LO声子的耦合，其强度随层数增加而降低。
• ~1880 cm⁻¹处的iTALO+模态和~2220 cm⁻¹处的iTOTA模态暂定为单层石墨烯中布里渊区K点附近的组合模态。
• iTALO+模态的频率随石墨烯层数线性增加。
• iTOTA模态的频率随层数增加线性降低。
• 在单层和非匹配双层石墨烯中，~1750 cm⁻¹处的M带被抑制，表明堆叠依赖的对称性效应。
• iTALO−峰在体石墨中缺失，表明长程有序抑制了该特定声子耦合通道。