Study of potassium intercalated graphite by Raman spectroscopy

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

In this paper, a study of a graphite intercalation compound by potassium was carried out using Raman spectroscopy. The purpose of the study was to determine the intercalation stage and study the influence of intercalated atoms on the vibrational properties of highly oriented pyrolytic graphite lattice. The intercalation of highly oriented pyrolytic graphite by potassium was performed using a two-zone method. Raman spectra were obtained for both pure and intercalated highly oriented pyrolytic graphite. The experiments carried out to identify the synthesized structures showed the formation of sixth stage graphite intercalation compound. Knowledge of the stage of the intercalated graphite compounds is important for its use as a superconducting material, as well as in supercapacitors. In addition, the intercalation stage is a key factor in obtaining graphene by chemical exfoliation of graphite intercalation compound, since the number of graphene layers will directly depend on the intercalation stage. In the obtained Raman spectra, the effect of G -peak splitting is observed, indicating a change in the vibrational properties of the graphite lattice during its intercalation due to the charge transfer from the intercalate to the carbon layers. The value of the transferred charge is determined using first-principles calculations.

Авторлар туралы

Zeitun Akhmatov

Kabardino-Balkarian State University named after H.M. Berbekov; Institute of Nuclear Research of RAS; Kabardino-Balkarian Scientific Center of RAS

Email: ahmatov.z@bk.ru
Ph. D., Senior Researcher of the Department of Theoretical and Experimental Physics, Kabardino-Balkarian State University named after H.M. Berbekov; Senior Researcher of the Laboratory of Astrophysics and Cosmic Ray Physics, Institute of Nuclear Research of RAS; Senior Researcher of the Institute of Informatics and Regional Management Problems, Kabardino-Balkarian Scientific Center of RAS

Azamat Khokonov

Institute of Nuclear Research of RAS; Kabardino-Balkarian Scientific Center of RAS

Leading Researcher, Institute of Nuclear Research of RAS; Senior Researcher of the Institute of Informatics and Regional Management Problems, Kabardino-Balkarian Scientific Center of RAS

Igor Sergeev

Institute of Nuclear Research of RAS

Ph. D., Senior Researcher of the Laboratory of Astrophysics and Cosmic Ray Physics

Mikhail Ambartsumov

North-Caucasus Federal University

Ph. D., Leading Researcher

Әдебиет тізімі

  1. Novoselov, K.S. Electric field effect in atomically thin carbon films / K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov et al. // Science. - 2004. - V. 306. - I. 5696. - P. 666-669. doi: 10.1126/science.1102896.
  2. Spain, I.L. Electronic transport properties of graphite acceptor compounds / I.L. Spain, K.J. Volin // MRS Proceedings. - 1982. - V. 20. - I. 1. - P. 173-178. doi: 10.1557/proc-20-173.
  3. Afanasov, I.M. Preparation, electrical and thermal properties of new exfoliated graphite-based composites / I.M. Afanasov, V.A. Morozov, A.V. Kepman et al. // Carbon. - 2009. - V. 47. - I. 1. - P. 263-270. doi: 10.1016/j.carbon.2008.10.004.
  4. Nishiyama, S. Preparation and characterization of a new graphite superconductor: Ca0.5Sr0.5C6 / S. Nishiyama, H. Fujita, M. Hoshi et al. // Scientific Reports. - 2017. - V. 7. - Art. № 7436. - 10 p. doi: 10.1038/s41598-017-07763-y.
  5. Yang, S.L. Superconducting graphene sheets in CaC6 enabled by phonon-mediated interband interactions / S.L. Yang, J.A. Sobota, C.A. Howard et al. // Nature Communications. - 2014. - V. 5. - Art. № 3493. - 5 p. doi: 10.1038/ncomms4493.
  6. Ohta, T. Controlling the electronic structure of bilayer graphene / T. Ohta, A. Bostwick, T. Seyller, K. Horn, E. Rotenberg // Science. - 2006. - V. 313. - I. 5789. - P. 951-954. doi: 10.1126/science.1130681.
  7. Csanyi, G. The role of the interlayer state in the electronic structure of superconducting graphite intercalated compounds / G. Csanyi, P.B. Littlewood, A.H. Nevidomskyy, C.J. Pickard, B.D. Simons // Nature Physics. - 2005. - V. 1. - I. 1. - P. 42-45. doi: 10.1038/nphys119.
  8. Stark, M.S.Intercalation of layered materials from bulk to 2D / M.S. Stark, K.L. Kuntz, S.J. Martens, S.C. Warren // Advanced Materials. - 2019. - V. 31. - I. 27. - Art. № 1808213. - 47 p. doi: 10.1002/adma.201808213.
  9. Dresselhaus, M.S.Intercalation compounds of graphite / M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus // Advances in Physics. - 2002. - V. 51. - I. 1. - P. 1-186. doi: 10.1080/00018730110113644.
  10. Ferrari, A.C. Raman spectroscopy of graphene and graphite: Disorder, electron-phonon coupling, doping and nonadiabatic effects / A.C. Ferrari // Solid State Communications. - 2007. - V. 143. - I. 1-2. - P. 47-57. doi: 10.1016/j.ssc.2007.03.052.
  11. Ferrari, A.C. Raman spectrum of graphene and graphene layers / A.C. Ferrari, J.C. Meyer, V. Scardaci et al. // Physical Review Letters. - 2006. - V. 97. - I. 8. - P. 187401-1-187401-4. doi: 10.1103/physrevlett.97.187401.
  12. Casiraghi, C. Probing disorder and charged impurities in graphene by Raman spectroscopy / C. Casiraghi // Physica Status Solidi (RRL) - Rapid Research Letters. - 2009. - V. 3. - I. 6. - P. 175-177. doi: 10.1002/pssr.200903135.
  13. Zabel, J. Raman spectroscopy of graphene and bilayer under biaxial strain: bubbles and balloons /j. Zabel, R.R. Nair, A. Ott et al. // Nano Letters. -2012. - V. 12. - I. 2. - P. 617-621. doi: 10.1021/nl203359n.
  14. Saito, R. Probing phonon dispersion relations of graphite by double resonance Raman scattering / R. Saito, A. Jorio, A. G. Souza Filho et al. // Physical Review Letters. - 2001. - V.88. - I.2. - P. 027401-1-027401-4. doi: 10.1103/PhysRevLett.88.027401.
  15. Akhmatov, Z.A. Vibrational dynamics of pristine and the hydrogenated graphene surface / Z.A. Akhmatov, A.Kh. Khokonov, V.A. Tarala // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. - 2016. - V. 80. - I. 11. - P. 1341-1343. doi: 10.3103/S1062873816110058.
  16. Giannozzi, P. QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials / P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2009. - V. 21. - №. 39. - Art. № 395502. - 19 p. doi: 10.1088/0953-8984/21/39/395502.
  17. Tang, W. A grid-based Bader analysis algorithm without lattice bias / W. Tang, E. Sanville, G. Henkelman // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2009. - V. 21. - № 8. - Art. № 084204. - 7 p. doi: 10.1088/0953-8984/21/8/084204.
  18. Chacón-Torres,J.C. Manifestation of charged and strained graphene layers in the Raman response of graphite intercalation compounds /j.C. Chacón-Torres, L. Wirtz, T. Pichler // ACS Nano. - 2013. - V. 7. - I. 10. - P. 9249-9259. doi: 10.1021/nn403885k.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».