不同层数石墨烯的光热显微成像

都安邦 王源璠 魏志弘 张东旭 李理 杨炜青 孙千璐 赵丽丽 徐伟高 田玉玺

引用本文: 都安邦, 王源璠, 魏志弘, 张东旭, 李理, 杨炜青, 孙千璐, 赵丽丽, 徐伟高, 田玉玺. 不同层数石墨烯的光热显微成像[J]. 物理化学学报, 2024, 40(5): 230402. doi: 10.3866/PKU.WHXB202304027 shu
Citation:  Anbang Du, Yuanfan Wang, Zhihong Wei, Dongxu Zhang, Li Li, Weiqing Yang, Qianlu Sun, Lili Zhao, Weigao Xu, Yuxi Tian. Photothermal Microscopy of Graphene Flakes with Different Thicknesses[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(5): 230402. doi: 10.3866/PKU.WHXB202304027 shu

不同层数石墨烯的光热显微成像

    通讯作者: 魏志弘, weizh@nju.edu.cn; 徐伟高, xuwg@nju.edu.cn; 田玉玺, tyx@nju.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 22073046

    国家自然科学基金 22173044

    国家自然科学基金 62011530133

    国家重点研发计划 2020YFA0406104

    中央高校基本科研业务费专项资金 020514380256

    中央高校基本科研业务费专项资金 020514380278

    生命科学分析化学国家重点实验室 SKLACL2217

    江苏省自然科学基金 BK20220121

    江苏省研究生科研与实践创新计划 KYCX22_0096

摘要: 二维层状材料(石墨烯、二维过渡金属硫族化合物等)因具有独特的物理性质,引起了研究学者们的广泛关注,极大促进了化学、材料科学和凝聚态物理学的发展。开发能够探究层状材料中层数依赖的光学、电学、力学和热学特性的新技术一直是二维材料领域最活跃的研究方向之一。光热显微镜利用光激发后非辐射跃迁产生的热效应,可实现在单个颗粒或单分子水平上成像与检测,并实时捕捉微观尺度热弛豫和热传输过程。本文对比研究了石墨烯薄片在不同光热介质(空气、甘油)中随厚度变化的光热特性,发现了在两种介质中光热信号强度与样品厚度之间均存在非线性依赖关系。相比于空气介质,甘油介质中光热信号强度具有更高的对比度,且随着厚度增加表现出非单调变化。该研究提供了不同介质环境中不同层数石墨烯光吸收和热弛豫特征的详细信息,相关研究结论将为层状材料及其异质结的热学性质研究提供依据。

English

    1. [1]

      Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov, S. V.; Jiang, D. E.; Zhang, Y.; Dubonos, S. V.; Grigorieva, I. V.; Firsov, A. A. Science 2004, 306, 666. doi: 10.1126/science.1102896

    2. [2]

      Splendiani, A.; Sun, L.; Zhang, Y.; Li, T.; Kim, J.; Chim, C. Y.; Galli, G.; Wang, F. Nano Lett. 2010, 10, 1271. doi: 10.1021/nl903868w

    3. [3]

      Wang, X.; Du, K.; Liu, Y. Y. F.; Hu, P.; Zhang, J.; Zhang, Q.; Owen, M. H. S.; Lu, X.; Gan, C. K.; Sengupta, P.; et al. 2D Mater. 2016, 3, 031009. doi: 10.1088/2053-1583/3/3/031009

    4. [4]

      Huang, B.; Clark, G.; Navarro-Moratalla, E.; Klein, D. R.; Cheng, R.; Seyler, K. L.; Zhong, D.; Schmidgall, E.; McGuire, M. A.; Cobden, D. H.; et al. Nature 2017, 546, 270. doi: 10.1038/nature22391

    5. [5]

      Li, L. K.; Kim, J.; Jin, C.; Ye, G. J.; Qiu, D. Y.; da Jornada, F. H.; Shi, Z.; Chen, L.; Zhang, Z.; Yang, F.; et al. Nat. Nanotechnol. 2017, 12, 21. doi: 10.1038/nnano.2016.171

    6. [6]

      Wang, L.; Xu, X.; Zhang, L.; Qiao, R.; Wu, M.; Wang, Z.; Zhang, S.; Liang, J.; Zhang, Z.; Zhang, Z.; et al. Nature 2019, 570, 91. doi: 10.1038/s41586-019-1226-z

    7. [7]

      Fang, S.; Duan, S.; Wang, X.; Chen, S.; Li, L.; Li, H.; Jiang, B.; Liu, C.; Wang, N.; Zhang, L.; et al. Nat. Photon. 2023, 17, 531. doi: 10.1038/s41566-023-01181-5

    8. [8]

      常诚, 陈伟, 陈也, 陈永华, 陈雨, 丁峰, 樊春海, 范红金, 范战西, 龚成等. 物理化学学报, 2021, 37, 2108017. doi: 10.3866/PKU.WHXB202108017Chang, C.; Chen, W.; Chen, Y.; Chen, Y.; Chen, Y.; Ding, F.; Fan, C.; Fan, H.; Fan, Z.; Gong, C.; et al. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2108017. doi: 10.3866/PKU.WHXB202108017

    9. [9]

      Geim, A. K.; Novoselov, K. S. Nat. Mater. 2007, 6, 183. doi: 10.1038/nmat1849

    10. [10]

      Zhang, Y.; Tan, Y. W.; Stormer, H. L.; Kim, P. Nature 2005, 438, 201. doi: 10.1038/nature04235

    11. [11]

      Zhang, Y.; Tang, T. T.; Girit, C.; Hao, Z.; Martin, M. C.; Zettl, A.; Crommie, M. F.; Shen, Y. R.; Wang, F. Nature 2009, 459, 820. doi: 10.1038/nature08105

    12. [12]

      Ju, L.; Wang, L.; Cao, T.; Taniguchi, T.; Watanabe, K.; Louie, S. G.; Rana, F.; Park, J.; Hone, J.; Wang, F.; et al. Science 2017, 358, 907. doi: 10.1126/science.aam9175

    13. [13]

      Cai, L.; Yu, G. Adv. Mater. 2021, 33, 2004974. doi: 10.1002/adma.202004974

    14. [14]

      Cao, Y.; Rodan-Legrain, D.; Rubies-Bigorda, O.; Park, J. M.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Jarillo-Herrero, P. Nature 2020, 583, 821. doi: 10.1038/s41586-020-2393-7

    15. [15]

      Lin, M.; Feng, M.; Wu, J.; Ran, F.; Chen, T.; Luo, W.; Wu, H.; Han, W.; Zhang, X.; Liu, X.; et al. Research 2022, 2022, 9819373. doi: 10.34133/2022/9819373

    16. [16]

      Liu, M.; Wang, L.; Yu, G. Adv. Sci. 2022, 9, 2103170. doi: 10.1002/advs.202103170

    17. [17]

      Xiao, Y.; Liu, J.; Fu, L. Matter 2020, 3, 1142. doi: 10.1016/j.matt.2020.07.001

    18. [18]

      Haigh, S. J.; Gholinia, A.; Jalil, R.; Romani, S.; Britnell, L.; Elias, D. C.; Novoselov, K. S.; Ponomarenko, L. A.; Geim, A. K.; Gorbachev, R. Nat. Mater. 2012, 11, 764. doi: 10.1038/Nmat3386

    19. [19]

      No, Y. S.; Choi, H. K.; Kim, J. S.; Kim, H.; Yu, Y. J.; Choi, C. G.; Choi, J. S. Sci. Rep. 2018, 8, 571. doi: 10.1038/s41598-017-19084-1

    20. [20]

      Ohta, T.; Bostwick, A.; McChesney, J. L.; Seyller, T.; Horn, K.; Rotenberg, E. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 206802. doi: 10.1103/PhysRevLett.98.206802

    21. [21]

      Lu, X.; Chen, X.; Dubey, S.; Yao, Q.; Li, W.; Wang, X.; Xiong, Q.; Srivastava, A. Nat. Nanotechnol. 2019, 14, 426. doi: 10.1038/s41565-019-0394-1

    22. [22]

      Seyler, K. L.; Rivera, P.; Yu, H.; Wilson, N. P.; Ray, E. L.; Mandrus, D. G.; Yan, J.; Yao, W.; Xu, X. Nature 2019, 567, 66. doi: 10.1038/s41586-019-0957-1

    23. [23]

      Unuchek, D.; Ciarrocchi, A.; Avsar, A.; Sun, Z.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Kis, A. Nat. Nanotechnol. 2019, 14, 1104. doi: 10.1038/s41565-019-0559-y

    24. [24]

      Yu, H.; Wang, Y.; Tong, Q.; Xu, X.; Yao, W. Phys. Rev. Lett. 2015, 115, 187002. doi: 10.1103/PhysRevLett.115.187002

    25. [25]

      陈清, 赵健, 程虎虎, 曲良体. 物理化学学报, 2022, 38, 2101020. doi: 10.3866/PKU.WHXB202101020Chen, Q.; Zhao, J.; Cheng, H.; Qu, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2101020. doi: 10.3866/PKU.WHXB202101020

    26. [26]

      陈尧, 陈政. 物理化学学报, 2020, 36, 1904025. doi: 10.3866/PKU.WHXB201904025Chen, Y.; Chen, Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1904025. doi: 10.3866/PKU.WHXB201904025

    27. [27]

      Bandurin, D. A.; Monch, E.; Kapralov, K.; Phinney, I. Y.; Lindner, K.; Liu, S.; Edgar, J. H.; Dmitriev, I. A.; Jarillo-Herrero, P.; Svintsov, D.; et al. Nat. Phys. 2022, 18, 462. doi: 10.1038/s41567-021-01494-8

    28. [28]

      Ni, G. X.; Wang, L.; Goldflam, M. D.; Wagner, M.; Fei, Z.; McLeod, A. S.; Liu, M. K.; Keilmann, F.; Ozyilmaz, B.; Neto, A. H. C.; et al. Nat. Photon. 2016, 10, 244. doi: 10.1038/Nphoton.2016.45

    29. [29]

      Tian, Y.; Tian, H.; Wu, Y. L.; Zhu, L. L.; Tao, L. Q.; Zhang, W.; Shu, Y.; Xie, D.; Yang, Y.; Wei, Z. Y.; et al. Sci. Rep. 2015, 5, 10582. doi: 10.1038/srep10582

    30. [30]

      Chhowalla, M.; Shin, H. S.; Eda, G.; Li, L. J.; Loh, K. P.; Zhang, H. Nat. Chem. 2013, 5, 263. doi: 10.1038/nchem.1589

    31. [31]

      Kim, S. E.; Mujid, F.; Rai, A.; Eriksson, F.; Suh, J.; Poddar, P.; Ray, A.; Park, C.; Fransson, E.; Zhong, Y.; et al. Nature 2021, 597, 660. doi: 10.1038/s41586-021-03867-8

    32. [32]

      Kong, Y.; Li, X.; Wang, L.; Zhang, Z.; Feng, X.; Liu, J.; Chen, C.; Tong, L.; Zhang, J. ACS Nano 2022, 16, 11338. doi: 10.1021/acsnano.2c04984

    33. [33]

      Zhang, Y.; Lv, Q.; Wang, H.; Zhao, S.; Xiong, Q.; Lv, R.; Zhang, X. Science 2022, 378, 169. doi: 10.1126/science.abq0883

    34. [34]

      Wang, Y.; Kim, J. C.; Li, Y.; Ma, K. Y.; Hong, S.; Kim, M.; Shin, H. S.; Jeong, H. Y.; Chhowalla, M. Nature 2022, 610, 61. doi: 10.1038/s41586-022-05134-w

    35. [35]

      Ergoktas, M. S.; Soleymani, S.; Kakenov, N.; Wang, K. Y.; Smith, T. B.; Bakan, G.; Balci, S.; Principi, A.; Novoselov, K. S.; Ozdemir, S. K.; et al. Science 2022, 376, 184. doi: 10.1126/science.abn6528

    36. [36]

      Adhikari, S.; Spaeth, P.; Kar, A.; Baaske, M. D.; Khatua, S.; Orrit, M. ACS Nano 2020, 14, 16414. doi: 10.1021/acsnano.0c07638

    37. [37]

      Gaiduk, A.; Yorulmaz, M.; Ruijgrok, P. V.; Orrit, M. Science 2010, 330, 353. doi: 10.1126/science.1195475

    38. [38]

      Yang, W.; Wei, Z.; Nie, Y.; Tian, Y. J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 9618. doi: 10.1021/acs.jpclett.2c02228

    39. [39]

      Xu, W.; Liu, W.; Schmidt, J. F.; Zhao, W.; Lu, X.; Raab, T.; Diederichs, C.; Gao, W.; Seletskiy, D. V.; Xiong, Q. Nature 2017, 541, 62. doi: 10.1038/nature20601

    40. [40]

      Li, H.; Li, H.; Wang, X.; Nie, Y.; Liu, C.; Dai, Y.; Ling, J.; Ding, M.; Ling, X.; Xie, D.; et al. Nano Lett. 2021, 21, 6773. doi: 10.1021/acs.nanolett.1c01356

    41. [41]

      Yang, W.; Li, M.; Xie, M.; Nie, Y.; Du, A.; Tian, Y. Rev. Sci. Instrum. 2021, 92, 083701. doi: 10.1063/5.0048239

    42. [42]

      Yang, W.; Li, M.; Xie, M.; Tian, Y. J. Phys. Chem. Lett. 2023, 14, 3506. doi: 10.1021/acs.jpclett.3c00491

    43. [43]

      Li, H.; Wu, J. M. T.; Huang, X.; Lu, G.; Yang, J.; Lu, X.; Zhang, Q. H.; Zhang, H. ACS Nano 2013, 7, 10344. doi: 10.1021/nn4047474

    44. [44]

      Graf, D.; Molitor, F.; Ensslin, K.; Stampfer, C.; Jungen, A.; Hierold, C.; Wirtz, L. Nano Lett. 2007, 7, 238. doi: 10.1021/nl061702a

    45. [45]

      Hao, Y.; Wang, Y.; Wang, L.; Ni, Z.; Wang, Z.; Wang, R.; Koo, C. K.; Shen, Z.; Thong, J. T. L. Small 2010, 6, 195. doi: 10.1002/smll.200901173

    46. [46]

      Ferrari, A. C.; Meyer, J. C.; Scardaci, V.; Casiraghi, C.; Lazzeri, M.; Mauri, F.; Piscanec, S.; Jiang, D.; Novoselov, K. S.; Roth, S.; et al. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 187401. doi: 10.1103/PhysRevLett.97.187401

    47. [47]

      Bonaccorso, F.; Sun, Z.; Hasan, T.; Ferrari, A. C. Nat. Photon. 2010, 4, 611. doi: 10.1038/Nphoton.2010.186

    48. [48]

      Li, W.; Cheng, G.; Liang, Y.; Tian, B.; Liang, X.; Peng, L.; Walker, A. R. H.; Gundlach, D. J.; Nguyen, N. V. Carbon 2016, 99, 348. doi: 10.1016/j.carbon.2015.12.007

    49. [49]

      Nair, R. R.; Blake, P.; Grigorenko, A. N.; Novoselov, K. S.; Booth, T. J.; Stauber, T.; Peres, N. M. R.; Geim, A. K. Science 2008, 320, 1308. doi: 10.1126/science.1156965

    50. [50]

      Gaiduk, A.; Ruijgrok, P. V.; Yorulmaz, M.; Orrit, M. Chem. Sci. 2010, 1, 343. doi: 10.1039/c0sc00210k

    51. [51]

      Ding, T.; Hou, L.; Meer, H. V. D.; Alivisatos, A. P.; Orrit, M. J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 2524. doi: 10.1021/acs.jpclett.6b00964

    52. [52]

      Ghosh, S.; Bao, W.; Nika, D. L.; Subrina, S.; Pokatilov, E. P.; Lau, C. N.; Balandin, A. A. Nat. Mater. 2010, 9, 555. doi: 10.1038/Nmat2753

    53. [53]

      Li, H.; Ying, H.; Chen, X.; Nika, D. L.; Cocemasov, A. I.; Cai, W.; Balandin, A. A.; Chen, S. Nanoscale 2014, 6, 13402. doi: 10.1039/c4nr04455j

    54. [54]

      Gao, J.; Si, C.; Yang, Y. R.; Cao, B. Y.; Wang, X. D. ECS J. Solid State Sci. Technol. 2020, 9, 093005. doi: 10.1149/2162-8777/aba7fb

    55. [55]

      Ouyang, T.; Chen, Y.; Xie, Y.; Stocks, G. M.; Zhong, J. Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 233101. doi: 10.1063/1.3665184

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  290
  • HTML全文浏览量:  20
文章相关
  • 发布日期:  2024-05-15
  • 收稿日期:  2023-04-14
  • 接受日期:  2023-06-06
  • 修回日期:  2023-06-02
  • 网络出版日期:  2023-06-13
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章