[论文解读] Raman Spectroscopy of Graphene under Uniaxial Stress: Phonon Softening and Determination of the Crystallographic Orientation

Mingyuan Huang, Hugen Yan+4 more|ArXiv.org|Dec 11, 2008

Graphene research and applications参考文献 31被引用 7

一句话总结

本研究 investigates单层石墨烯在可调单轴拉伸应力下的拉曼光谱，证明应变导致声子软化和对称性破缺，使G带分裂为G+和G-子带。偏振拉曼测量显示，相对于应力轴具有独特的偏振依赖性，从而实现对石墨烯晶向的高精度光学测定。

ABSTRACT

We present a systematic study of the Raman spectra of optical phonons in graphene monolayers under tunable uniaxial tensile stress. Both the G and 2D bands exhibit significant red shifts. The G band splits into two distinct sub-bands (G+, G-) because of the strain-induced symmetry breaking. Raman scattering from the G+ and G- bands shows a distinctive polarization dependence that reflects the angle between the axis of the stress and the underlying graphene crystal axes. Polarized Raman spectroscopy therefore constitutes a purely optical method for the determination of the crystallographic orientation of graphene.

研究动机与目标

• 研究单轴拉伸应力对单层石墨烯拉曼光谱的影响。
• 理解应变如何通过声子软化改变声子模式，特别是G带和2D带。
• 探讨单轴应力引起的对称性破缺，导致G带分裂为G+和G-组分。
• 建立一种纯光学方法，利用偏振拉曼光谱测定石墨烯的晶向。
• 量化拉曼散射的偏振响应与应变方向相对于石墨烯晶轴的关系。

提出的方法

• 对悬空单层石墨烯样品施加可调单轴拉伸应力。
• 使用共聚焦显微拉曼装置，在不同应力水平下测量拉曼光谱。
• 利用偏振激发和收集光，探测应变方向函数的各向异性拉曼响应。
• 分析由于应变引起的对称性降低导致的G带分裂为G+和G-组分。
• 将偏振依赖的强度变化与应力轴和石墨烯晶轴之间的夹角相关联。
• 采用偏振分辨拉曼光谱技术，在无需直接结构成像的情况下提取晶向。

实验结果

研究问题

• RQ1 单轴拉伸应力如何影响石墨烯中G和2D声子模式的拉曼光谱？
• RQ2 在单轴应变下观察到的G带分裂的起源及其大小是什么？
• RQ3 拉曼散射的偏振依赖性如何反映石墨烯的晶向？
• RQ4 偏振拉曼光谱能否作为可靠、非侵入性方法用于测定石墨烯的晶向？
• RQ5 应变方向与G+和G-子带强度调制之间存在何种关系？

主要发现

• 由于单轴拉伸应力引起的对称性破缺，G带分裂为两个独立的子带G+和G-。
• G带和2D带均表现出显著的红移，表明应变下声子软化。
• G+和G-带的强度表现出强烈的偏振依赖性，其变化随应力轴与石墨烯晶轴夹角而变化。
• 偏振各向异性使得仅通过光学手段即可精确测定石墨烯的晶向。
• 观察到的分裂和偏振响应与应变诱导声子色散修改的理论预测一致。
• 该方法提供了一种无损、原位的石墨烯薄膜取向测绘技术，无需额外成像或刻蚀。