殊的电子能带结构相关的双共振拉曼散射效应。
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Graphene的结构及其拉曼光谱
半金属性
石墨烯的手性
石墨烯是一种其禁带宽度几乎为零的半金属/半导体材料
在2006 – 2008年间, 石墨烯已被制成弹道输运晶体管(ballistic transistor)， 平面场效应管(Field-Effect Transistors)，并且吸引了大批科学家的兴趣
常见碳材料及其拉曼光谱
陈翠红 2008.12.02
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常见的碳材料有:
三维的石墨，金刚石 二维的石墨烯，碳纳米带 一维的碳纳米管，碳纳米线 零维的富勒烯（C60）
建筑学家理查德·巴克明斯特·富勒 （Richard Buckminster Fuller） 精品课件设计的美国万国博览馆球形圆顶薄壳建筑。
伴随着层数的增加强度提高
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2D-Band
层 数 依 赖 性
1. e excitation 2. e-phonon scattering 3. Phonon with opposite momentum 4. E-hole recombination
激发光能量依赖性
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石墨的拉曼光谱
不同点不同偏振方向的拉曼光谱 （a）完美石墨晶体 （b）有缺陷的石墨
当两相邻边缘的夹角是30°，90°时， 两边缘有不同的手性，一个是armchair, 一个是zigzag。 当夹角是60°时，有相同的手性。 无序诱导的D峰的拉曼强度与边缘 手性有关： 在armchair edge的边缘D峰强度较强， 在zigzag边缘较弱。
（d）D峰的产生及峰位的不同 （e）2layer 2D峰由四个组成
(d) Comparison of the D band at 514 nm at the edge of bulk graphite and single layer graphene. The fit of the D1 and D2 components of the D band of bulk graphite is shown. (e) The four components of the 2D band in 2 layer graphene at 514 and 633 nm.
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D--band的发现及其研究
1970年最先报道了无序诱导的D模。 1981年，一些人利用不同的激发光能量研究了石墨的拉曼光谱，得 出D模频率随激发光能量的线性移动。斜率在40~50cm-1/ev之间。 1990年，一些人通过实验总结了D模强度和样品中各种无序或缺陷 的相互关系，证明无论石墨存在任何形式的无序，D模都会出现。
石墨的拉曼光谱
❖ 自然界中并不存在宏观尺寸的石墨单晶，而是含有许许 多多任意取向的微小晶粒（100um）。
❖ 高定向热解石墨（HOPG）是人工生长的一种石墨，其碳 平面几乎完美地沿其垂直方向堆叠，然而沿着石墨平面 内，晶粒仍然存在任意取向但非常小。
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（1）结构不同，拉曼光谱不同 （2）G-band(~1580cm-1)是由碳环或长链中
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石墨烯的拉曼光谱
Graphene中 心无缺陷存在
(a) Comparison of Raman spectra at 514 nm for bulk graphite and graphene. They are scaled to have similar height of the 2D peak at 2700 cm-1. (b) Evolution of the spectra at 514 nm with the number of layers. (c) Evolution of the Raman spectra精a品t课6件33 nm with the number of layers.
❖ 对无序石墨， E2g谱线在垂直和平行偏振配置下的强度不同，说明石墨微晶的尺 寸较小并任意取向。
❖ G*的频率比G的两倍大，可能是纵向光学声子支的过度弯曲导致。 ❖ 一般来说，非拉曼活性振动倍频模的二阶拉曼散射在石墨中是允许的。 ❖ 声子频率的激发光能量依赖性及其他效应都起源于与石墨和其他sp2键碳材料特
的所有sp2原子对的拉伸运动产生的。 （3）缺陷和无序诱导D-band（~1360cm-1）的产生。 （4）一般我们用D峰与G峰的强度比来衡量碳材料
的无序度。
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商用石墨
1355cm-1峰的出现归结于微晶尺寸效应使得没 有拉曼活性的某些声子在选择定则改变后变得 有了拉曼活性。 发现D模对于拉曼活性G模的相对强度与样品中 石墨微晶尺寸的大小相关。
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Bilayer graphene
单层及双层graphene 2D峰的双共振过程 声子支的分裂<1.5cm-1 所以归因为电子能级的分裂
电子能带的分裂， 使bilayer分裂为四个带
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FIG. 1. Color online a Optical image of a typical MCG
sheet and the angles between edges.
b The statistical results of the angle measurements.The standard deviation is 5.4°.
c Illustration of the relationship between angles and the chiralities of the adjacent edges.
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激发光能量增加，D模频率 向高能方向移动。 激发光波长在近红外到近紫外是 线性的，斜率40~50cm-1/ev 2D的大概是D的两倍
（a）D模的相对强度与石墨微晶尺寸La的 相互关系。 （b）石墨一阶和二阶拉曼模的激发光能 量依赖性。
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小结
❖ 对完美石墨，~1580cm-1的E2g光学膜的拉曼峰强不依赖于拉曼实验中激发光偏振 方向。
无序诱导的D-band的产生---双共振拉曼散射
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D,2D-Band-Double Resonance
D-Band
G-Bandexcitation 2. e-phonon scattering 3. defect scattering 4. E-hole recombination