Войти
Двухслойный графен - это материал, состоящий из двух слоев графена . Одно из первых сообщений о двухслойном графене было в основополагающей статье 2004 Science, сделанной Геймом и его коллегами, в которой они описали устройства, «содержащие только один, два или три атомных слоя».
Двухслойный графен может существовать в AB, или форма Бернала, где половина атомов лежит непосредственно над центром шестиугольника в нижнем листе графена, а половина атомов лежит над атомом, или, реже, в форме AA, в которой слои точно выровнен. В графене, сложенном по Берналу, границы двойников обычны; переход от АБ к штабелированию БА. Скрученные слои, в которых один слой вращается относительно другого, также были тщательно изучены.
Методы квантового Монте-Карло были использованы для расчета энергий связи двухслойного графена с AA- и AB-стопкой, которые составляют 11,5 (9) и 17,7 (9) мэВ на атом, соответственно. Это согласуется с наблюдением, что структура с пакетом AB более стабильна, чем структура с пакетом AA.
Двухслойный графен может быть получен отслаиванием от графита или химическим осаждением из паровой фазы (CVD). В 2016 году Родни С. Руофф и его коллеги показали, что большой монокристаллический двухслойный графен может быть получен путем активированного кислородом химического осаждения из паровой фазы. Позже в том же году корейская группа сообщила о синтезе монокристаллического двухслойного графена с AB-стопкой в масштабе пластины
Подобно монослойному графену, двухслойный графен имеет нулевую запрещенную зону и, таким образом, ведет себя как полуметалл. В 2007 году исследователи предсказали, что запрещенная зона может быть введена, если к двум слоям приложить электрическое поле смещения: так называемая регулируемая запрещенная зона. Экспериментальная демонстрация регулируемой ширины запрещенной зоны в двухслойном графене была проведена в 2009 году. В 2015 году исследователи наблюдали одномерные баллистические электронопроводящие каналы на доменных стенках двухслойного графена. Другая группа показала, что шириной запрещенной зоны двухслойных пленок на карбиде кремния можно управлять путем выборочной регулировки концентрации носителей.
В 2014 году исследователи описали возникновение сложных электронных состояний в двухслойных слоях. графен, в частности дробный квантовый эффект Холла, и показал, что его можно настраивать электрическим полем. В 2017 году сообщалось о наблюдении дробного квантового холловского состояния с четным знаменателем в двухслойном графене.
Двухслойный графен продемонстрировал потенциал для реализации конденсата Бозе – Эйнштейна из экситонов. Электроны и дырки являются фермионами, но когда они образуют экситон, они становятся бозонами, позволяя осуществить конденсацию Бозе-Эйнштейна. Теоретически было показано, что экситонные конденсаты в двухслойных системах несут сверхток.
Пабло Харилло-Херреро из Массачусетского технологического института и его коллег из Гарварда и, сообщили об открытии сверхпроводимости в двухслойном графене с углом закрутки 1,1 ° между двумя слоями. Об открытии было объявлено в Nature в марте 2018 года. Результаты подтвердили предсказания, сделанные в 2011 году Алланом Макдональдом и Рафи Бистрицером о том, что количество энергии, которое потребуется свободному электрону для туннелирования между двумя графенами. листы радикально меняются под этим углом. Двухслойный графен был приготовлен из расслоенных монослоев графена, при этом второй слой вручную поворачивали на заданный угол по отношению к первому слою. Критическая температура 
Можно использовать двухслойный графен. для создания полевых транзисторов или туннельных полевых транзисторов, использующих небольшой энергетический зазор. Однако энергетический зазор меньше 250 мэВ и поэтому требует использования низкого рабочего напряжения (< 250 mV), which is too small to obtain reasonable performance for a field effect transistor, but is very suited to the operation of tunnel field effect transistors, which according to theory from a paper in 2009 can operate with an operating voltage of only 100 mV.
В 2016 году исследователи предложили использовать двухслойный графен для увеличения выходного напряжения туннельных транзисторов ( TT). Они работают в более низком диапазоне рабочих напряжений (150 мВ), чем кремниевые транзисторы (500 мВ). Энергетическая полоса двухслойного графена отличается от диапазона большинства полупроводников тем, что электроны по краям образуют (высокая плотность) фургон. Сингулярность Хова. Это обеспечивает достаточное количество электронов для увеличения тока через энергетический барьер. В двухслойных графеновых транзисторах используется «электрическое», а не «химическое» легирование.
В 2017 Международная группа исследователей показала, что двухслойный графен может действовать как однофазный смешанный проводник, который демонстрирует диффузию лития на порядок быстрее, чем в графите. В сочетании с быстрой электронной проводимостью графеновых листов эта система предлагает как ионную, так и электронную ctronic проводимость в одном однофазном твердом материале. Это имеет важное значение для устройств хранения энергии, таких как ионно-литиевые батареи.
Исследователи из Городского университета Нью-Йорка показали, что листы двухслойный графен на карбиде кремния временно становится тверже алмаза при ударе острием атомно-силового микроскопа . Это было приписано переходу графит-алмаз, и такое поведение оказалось уникальным для двухслойного графена. Это могло иметь применение в личной броне.
Процессы гибридизации изменяют внутренние свойства графена и / или вызывают плохие границы раздела фаз. В 2014 году был анонсирован общий путь получения графена без суммирования посредством простого, шаблонного, каталитического роста. Полученный материал имеет удельную поверхность 1628 м2 · г-1, является электропроводным и имеет мезопористую структуру.
Материал состоит из мезопористой нано-чешуйки. шаблон. На шаблон нанесены слои графена. Атомы углерода накапливаются в мезопорах, образуя выпуклости, которые действуют как разделители, препятствующие наложению друг на друга. Плотность выступов около 5,8 × 10 м. Графен осаждается на обеих сторонах хлопьев.
Во время химического синтеза из газовой фазы из выпуклостей после удаления нано-чешуек образуется двухслойный графен, не имеющий стопки. Наличие таких выступов на поверхности может ослабить π-π взаимодействия между слоями графена и, таким образом, уменьшить наложение. Двухслойный графен показывает удельную поверхность 1628 м / г, размер пор от 2 до 7 нм и общий объем пор 2,0 см / г.
Использование двухслойного графена в качестве катодного материала для литий-серная батарея дала обратимые емкости 1034 и 734 мА · ч / г при скорости разряда 5 и 10 ° C соответственно. После 1000 циклов обратимая емкость около 530 и 380 мА ч / г сохранялась при 5 и 10 ° C, с константами кулоновской эффективности 96 и 98% соответственно.
Электропроводность 438 См / см. Даже после проникновения серы электрическая проводимость 107 См см / л сохранялась. Уникальная пористая структура графена позволила эффективно накапливать серу в межслоевом пространстве, что обеспечивает эффективную связь между серой и графеном и предотвращает диффузию полисульфидов в электролит.
Гиперспектральный global Raman визуализация - это точный и быстрый метод пространственной характеристики качества продукции. Колебательные режимы системы характеризуют ее, предоставляя информацию о стехиометрии, составе, морфологии, напряжении и количестве слоев. Мониторинг интенсивности пиков G и D графена (около 1580 и 1360 см) дает прямую информацию о количестве слоев образца.
Было показано, что два слоя графена могут выдерживать серьезную деформацию или несоответствие допирования, что в конечном итоге должно привести к их расслаиванию.
Количественное определение структурных параметров двухслойного графена - таких как шероховатость поверхности, межслойные и внутрислойные расстояния, порядок наложения и межслойное скручивание - можно получить с помощью 3D дифракции электронов
