石墨烯基材料的拉曼光谱研究

　　本书围绕光散射的理论基础展开， 着重关注石墨烯基材料独特的电子能带结构所导致的拉曼散射过程， 以及外界微扰对其拉曼散射过程的影响， 并系统地介绍当前拉曼光谱在表征石墨烯基材料及其相关异质结和器件方面的应用和代表性的研究工作。

　　谭平恒，中国科学院半导体所所长。目前主要从事二维半导体材料光学性质研究，已发表200余篇学术论文，所发表论文被SCI引用1万余次。出版两本译著，编辑出版一本英文著作，在国内外学术会议上做大会报告和邀请报告100余次。曾获全国百篇优秀博士学位论文、国家杰出青年科学基金资助、黄昆固体物理与半导体物理奖，并入选国家“万人计划”科技创新领军人才和科睿唯安高被引科学家（2018年，2019年）。现为中国物理学会理事、中国物理学会光散射专业委员会主任委员、中国物理学会秋季学术会议组委会委员、中国科学院大学学位评定委员会委员、国际拉曼光谱学大会（ICORS）国际执委会委员、《Semicond Sci Tech》、《npj 2D Mater Appl》和《J Raman Spectrosc》等学术期刊编委。

第 1 章 石墨烯基材料的介绍 001
1.1 石墨烯基材料及其性质 004
1.2 范德瓦耳斯异质结及垂直器件 009
1.3 石墨烯基材料的表征 012
1.4 应用前景与挑战 015
第 2 章 石墨烯基材料的基础性质 019
2.1 晶体结构 022
2.1.1 单层和多层石墨烯 022
2.1.2 转角多层石墨烯 024
2.2 声子 027
2.2.1 一维双原子晶体 027
2.2.2 石墨烯基材料的声子色散关系 031
2.3 电子能带结构 037
2.3.1 石墨烯 037
2.3.2 AB 堆垛多层石墨烯 041
2.3.3 转角多层石墨烯 043
2.4 可见光范围内层数依赖的光学性质 044
2.4.1 光学衬度 046
2.4.2 瑞利散射 049
2.4.3 光吸收 051
2.5 小结 052
第 3 章 拉曼散射理论 053
3.1 光散射的经典理论 058
3.1.1 散射概率 058
3.1.2 电偶极辐射 061
3.1.3 拉曼选择定则 063
3.2 光散射的量子描述 068
3.2.1 微观过程 069
3.2.2 对称性分析 075
3.2.3 多声子拉曼散射 078
3.3 共振拉曼散射 082
3.3.1 单共振拉曼散射 083
3.3.2 双共振拉曼散射 084
3.3.3 共振条件分析 087
3.4 拉曼光谱特征 090
3.4.1 涨落耗散理论 092
3.4.2 斯托克斯和反斯托克斯拉曼过程 093
3.4.3 拉曼峰线型和线宽 096
3.5 拉曼光谱信噪比 099
3.5.1 暗光谱的噪声分析 102
3.5.2 拉曼信号的噪声来源 104
3.5.3 拉曼信号的SNR 估算 111
3.6 小结 115
第 4 章 单层石墨烯的拉曼光谱 117
4.1 一阶拉曼模: G 模 121
4.2 共振拉曼散射 124
4.2.1 双共振拉曼散射过程 124
4.2.2 斯托克斯和反斯托克斯拉曼光谱 132
4.2.3 声学声子色散曲线 137
4.2.4 拉曼散射增强基底 140
4.3 偏振拉曼光谱 142
4.3.1 偏振拉曼实验配置 143
4.3.2 石墨晶须的偏振拉曼光谱 148
4.3.3 石墨烯的偏振拉曼光谱 149
4.3.4 斜入射配置下石墨烯的偏振拉曼光谱 151
4.4 石墨烯边界的拉曼散射 153
4.5 缺陷石墨烯的拉曼散射 155
4.5.1 缺陷石墨烯的拉曼光谱 155
4.5.2 拉曼光谱表征石墨烯无序度 157
4.6 电学掺杂石墨烯的拉曼散射 159
4.6.1 G 模的量子干涉现象 159
4.6.2 石墨烯的电声子耦合 162
4.7 化学掺杂石墨烯的拉曼光谱 165
4.7.1 石墨烯的化学掺杂及拉曼表征 166
4.7.2 重掺杂石墨烯的双共振拉曼散射 168
4.8 G 模的温度效应 170
4.9 磁场下石墨烯的拉曼散射 175
4.10 小结 178
第 5 章 多层石墨烯的拉曼光谱 179
5.1 多层石墨烯的高频拉曼光谱 182
5.1.1 AB 堆垛多层石墨烯 183
5.1.2 ABC 堆垛多层石墨烯 188
5.2 多层石墨烯边界的拉曼光谱 190
5.2.1 双层石墨烯边界 191
5.2.2 利用拉曼光谱确定2LG 边界结构 192
5.2.3 多层石墨烯边界 195
5.3 层间振动模 196
5.3.1 线性链模型 198
5.3.2 AB 堆垛多层石墨烯 202
5.3.3 ABC 堆垛多层石墨烯 205
5.3.4 剪切模的法诺共振 206
5.4 转角多层石墨烯 208
5.4.1 莫尔声子 209
5.4.2 t2LM 的莫尔声子 211
5.4.3 t2LG 的 R 模和 R' 模 213
5.4.4 t(m +n)LG 的高频拉曼模 215
5.4.5 高频模的共振拉曼散射 217
5.4.6 t(m +n)LG 的层间振动模 220
5.5 CVD 制备的多层石墨烯 225
5.6 抛物线能带的双共振拉曼散射 230
5.6.1 碳纳米管的拉曼光谱 230
5.6.2 MoS2 的共振拉曼散射 233
5.7 小结 236
第 6 章 石墨烯基范德瓦耳斯异质结及器件 237
6.1 石墨烯基范德瓦耳斯异质结 241
6.1.1 mLM/nLG 的制备 241
6.1.2 mLM/nLG 的界面耦合 244
6.2 范德瓦耳斯异质结的电声子耦合 247
6.2.1 nL hBN/mLW 的呼吸模 248
6.2.2 nL hBN/mLW 的跨维度电声子耦合 249
6.2.3 nL hBN/mLW 的层间键极化率模型 252
6.2.4 mLM/nLG 的电声子耦合 253
6.3 石墨烯基器件的拉曼光谱表征 255
6.3.1 石墨烯基场效应晶体管 256
6.3.2 石墨烯基储能器件 258
6.3.3 石墨烯基太阳能电池和有机发光二极管 261
6.3.4 石墨烯基纳米机电系统 262
6.3.5 石墨烯基范德瓦耳斯异质结器件 264
6.4 小结 266
第 7 章 拉曼光谱在表征石墨烯基材料中的应用 267
7.1 ME NLG 薄片层数的表征 270
7.1.1 利用2D 模线型表征 ME NLG 层数 272
7.1.2 利用层间振动模表征 AB NLG 层数 274
7.1.3 利用 G 模强度表征NLG 层数 275
7.1.4 利用衬底Si 峰强度表征NLG 层数 278
7.2 拉曼光谱法表征石墨烯薄片层数的国家标准 282
7.2.1 基于2D 模线型表征石墨烯薄片层数的拉曼光谱法 283
7.2.2 基于SiO2/Si 衬底的硅拉曼模峰高表征石墨烯薄片层数的拉曼光谱法 285
7.3 CVD NLG 薄片层数和堆垛次序的表征 289
7.3.1 CVD 1LG 的表征 290
7.3.2 层数表征 292
7.3.3 堆垛次序表征 294
7.3.4 界面转角表征 296
7.4 应力分析 298
7.5 缺陷表征 300
7.6 拉曼成像 303
7.6.1 表征层数、晶畴和堆垛方式 303
7.6.2 表征边界 305
7.6.3 表征应力 306
7.6.4 鉴别石墨烯生长机制 307
7.7 小结 308
附录 A 物理名词索引： 中文—英文 309
附录 B 物理名词索引： 英文—中文 315
参考文献 321
索引 336