Исследование интеркалированного калием графита методом спектроскопии комбинационного рассеяния

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В настоящей работе методом спектроскопии комбинационного рассеяния света проведено исследование интеркалированного соединения графита с калием. Целью исследования являлось определение ступени интеркаляции и изучение влияния интеркалированных атомов на колебательные свойства решетки высокоориентированного пиролитического графита. Интеркалирование высокоориентированного пиролитического графита калием производилось с использованием двухзонного метода. Рамановские спектры были получены как для чистого, так и для интеркалированного высокоориентированного пиролитического графита. Проведенные эксперименты по идентификации синтезированных структур показали образование интеркалированного соединения графита шестой ступени. Знание ступени интеркалированного соединения графита является важным при его использовании в качестве сверхпроводящего материала, а также в суперконденсаторах. Кроме того, ступень интеркаляции является ключевым фактором при получении графена путем химического отшелушивания интеркалированного соединения графита, так как количество графеновых слоев будет напрямую зависеть от ступени интеркаляции. В полученных рамановских спектрах наблюдается эффект расщепления G -пика, показывающий изменение колебательных свойств решетки графита при его интеркаляции за счет переноса заряда (charge transfer) от интеркалята к углеродным слоям. Величина переносимого заряда определена с применением расчетов из первых принципов.

Об авторах

Зейтун Ануарович Ахматов

Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»; Институт ядерных исследований РАН; ФНЦ «Кабардино-Балкарский научный центр РАН»

Email: ahmatov.z@bk.ru
к.ф.-м.н., старший научный сотрудник кафедры теоретической и экспериментальной физики ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»; старший научный сотрудник лаборатории «Астрофизика и физика космических лучей» ФГБУН «Институт ядерных исследований РАН»; старший научный сотрудник Института информатики и проблем регионального управления ФГБУН «ФНЦ «Кабардино-Балкарский научный центр РАН»

Азамат Хазрет-Алиевич Хоконов

Институт ядерных исследований РАН; ФНЦ «Кабардино-Балкарский научный центр РАН»

ведущий научный сотрудник ФГБУН «Институт ядерных исследований РАН»; старший научный сотрудник Института информатики и проблем регионального управления ФГБУН «ФНЦ «Кабардино-Балкарский научный центр РАН».

Игорь Николаевич Сергеев

Институт ядерных исследований РАН

старший научный сотрудник лаборатории «Астрофизика и физика космических лучей»

Михаил Георгиевич Амбарцумов

Северо-Кавказский федеральный университет

ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории технологии тонких пленок и наногетероструктур научно-лабораторного комплекса чистых зон физико-технического факультета

Список литературы

  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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

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».