Reexamination of basal plane thermal conductivity of suspended graphene samples measured by electro-thermal micro-bridge methods

AIP Advances

Volumn 5, Issue 5, 2015, Pages

  Jo, Insun ^a   Pettes, Michael T ^b,c   Lindsay, Lucas ^d   Ou, Eric ^b   Weathers, Annie ^b   Moore, Arden L ^e   Yao, Zhen ^a   Shi, Li ^b,f  

^a UNIVERSITY OF TEXAS AT AUSTIN   (United States)

^b The University of Texas at Austin   (United States)

^c UNIVERSITY OF CONNECTICUT   (United States)

^d OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY   (United States)

^e Louisiana Tech University   (United States)

^f Princeton University   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHEMICAL VAPOR DEPOSITION; GRAPHENE; GRAPHITE; MEASUREMENT ERRORS; TEMPERATURE;

APPARENT THERMAL CONDUCTIVITY; CHEMICAL VAPOR DEPOSITIONS (CVD); HIGHLY ORIENTED PYROLYTIC GRAPHITE; LOW TEMPERATURE BEHAVIOR; NATURAL GRAPHITE; SUSPENDED GRAPHENE; THERMAL CONTACT RESISTANCE; THERMAL TRANSPORT;

THERMAL CONDUCTIVITY;

EID: 84929631060     PISSN: None     EISSN: 21583226     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.4921519     Document Type: Article

References (100)

1. A. K. Geim and K. S. Novoselov, Nat Mater 6(3), 183-191 (2007).
2. K. S. Novoselov, V. I. Fal'ko, L. Colombo, P. R. Gellert, M. G. Schwab, and K. Kim, Nature 490, 192-200 (2012).
3. P. G. Klemens, International Journal of Thermophysics 22(1), 265-275 (2001).
4. D. L. Nika, E. P. Pokatilov, A. S. Askerov, and A. A. Balandin, Phys Rev B 79, 155413 (2009).
5. L. Lindsay, D. A. Broido, and N. Mingo, Phys Rev B 83, 235428 (2011).
6. A. A. Balandin, S. Ghosh, W. Z. Bao, I. Calizo, D. Teweldebrhan, F. Miao, and C. N. Lau, Nano Lett 8(3), 902-907 (2008).
7. C. Faugeras, B. Faugeras, M. Orlita, M. Potemski, R. R. Nair, and A. K. Geim, Acs Nano 4(4), 1889-1892 (2010).
8. W. W. Cai, A. L. Moore, Y. W. Zhu, X. S. Li, S. S. Chen, L. Shi, and R. S. Ruoff, Nano Letters 10(5), 1645-1651 (2010).
9. S. Ghosh, W. Z. Bao, D. L. Nika, S. Subrina, E. P. Pokatilov, C. N. Lau, and A. A. Balandin, Nat Mater 9(7), 555-558 (2010).
10. J. U. Lee, D. Yoon, H. Kim, S. W. Lee, and H. Cheong, Phys Rev B 83, 081419 (2011).
11. S. S. Chen, A. L. Moore, W. W. Cai, J. W. Suk, J. H. An, C. Mishra, C. Amos, C. W. Magnuson, J. Y. Kang, L. Shi, and R. S. Ruoff, ACS Nano 5(1), 321-328 (2011).
12. J. H. Seol, I. Jo, A. L. Moore, L. Lindsay, Z. H. Aitken, M. T. Pettes, X. S. Li, Z. Yao, R. Huang, D. Broido, N. Mingo, R. S. Ruoff, and L. Shi, Science 328, 213-216 (2010).
13. W. Y. Jang, Z. Chen, W. Z. Bao, C. N. Lau, and C. Dames, Nano Lett 10(10), 3909-3913 (2010).
14. Z. Q. Wang, R. G. Xie, C. T. Bui, D. Liu, X. X. Ni, B. W. Li, and J. T. L. Thong, Nano Lett 11(1), 113-118 (2011).
15. M. T. Pettes, I. S. Jo, Z. Yao, and L. Shi, Nano Letters 11(3), 1195-1200 (2011).
16. W. Jang, W. Bao, L. Jing, C. N. Lau, and C. Dames, Appl Phys Lett 103, 133102 (2013).
17. J. Wang, L. Zhu, J. Chen, B. Li, and J. T. L. Thong, Advanced Materials 25(47), 6884-6888 (2013).
18. M. M. Sadeghi, I. Jo, and L. Shi, P Natl Acad Sci USA 110(41), 16321-16326 (2013).
19. X. F. Xu, L. F. C. Pereira, Y. Wang, J. Wu, K. W. Zhang, X. M. Zhao, S. Bae, C. T. Bui, R. G. Xie, J. T. L. Thong, B. H. Hong, K. P. Loh, D. Donadio, B. W. Li, and B. Ozyilmaz, Nat Commun 5, 3689 (2014).
20. C. X. Yu and G. Zhang, J Appl Phys 113, 214304 (2013).
21. J. Maassen and M. Lundstrom, Journal of Applied Physics 117(3), 035104 (2015).
22. X. Xu, Y. Wang, K. Zhang, X. Zhao, S. Bae, M. Heinrich, C. T. Bui, R. Xie, J. T. L. Thong, B. H. Hong, K. P. Loh, B. W. Li, and B. Oezyilmaz, arxiv:1012. 2937 (2010).
23. S. Datta, Electronic transport in mesoscopic systems (Cambridge University Press, Cambridge ; New York, 1995).
24. C. H. Yu, L. Shi, Z. Yao, D. Y. Li, and A. Majumdar, Nano Lett 5(9), 1842-1846 (2005).
25. G. Chen, Nanoscale energy transport and conversion : a parallel treatment of electrons, molecules, phonons, and photons (Oxford University Press, New York, 2005).
26. J. M. Ziman, Electrons and phonons : the theory of transport phenomena in solids (Clarendon Press, Oxford, 1962).
27. T.-K. Hsiao, H.-K. Chang, S.-C. Liou, M.-W. Chu, S.-C. Lee, and C.-W. Chang, Nat Nano 8(7), 534-538 (2013).
28. F. P. Incropera, D. P. Dewitt, T. L. Bergman, and A. S. Lavine, Fundamentals of heat and mass transfer, 6th ed. (JohnWiley, Hoboken, NJ, 2007).
29. C. H. Yu, S. Saha, J. H. Zhou, L. Shi, A. M. Cassell, B. A. Cruden, Q. Ngo, and J. Li, J Heat Trans-T Asme 128(3), 234-239 (2006).
30. M. T. Pettes and L. Shi, Adv Funct Mater 19(24), 3918-3925 (2009).
31. I. Jo, M. T. Pettes, J. Kim, K. Watanabe, T. Taniguchi, Z. Yao, and L. Shi, Nano Lett 13(2), 550-554 (2013).
32. I. Jo, M. T. Pettes, E. Ou, W. Wu, and L. Shi, Appl Phys Lett 104, 201902 (2014).
33. Z. Chen, W. Jang, W. Bao, C. N. Lau, and C. Dames, Appl Phys Lett 95, 161910 (2009).
34. Y. K. Koh, M. H. Bae, D. G. Cahill, and E. Pop, Nano Lett 10(11), 4363-4368 (2010).
35. K. F. Mak, C. H. Lui, and T. F. Heinz, Appl Phys Lett 97, 221904 (2010).
36. C. C. Chen, Z. Li, L. Shi, and S. B. Cronin, Appl Phys Lett 104, 081908 (2014).
37. A. Weathers, Z. U. Khan, R. Brooke, D. Evans, M. T. Pettes, J. W. Andreasen, X. Crispin, and L. Shi, Advanced Materials 27(12), 2101-2106 (2015).
38. Y. C. Lin, C. C. Lu, C. H. Yeh, C. H. Jin, K. Suenaga, and P. W. Chiu, Nano Lett 12(1), 414-419 (2012).
39. E. H. Lock, M. Baraket, M. Laskoski, S. P. Mulvaney, W. K. Lee, P. E. Sheehan, D. R. Hines, J. T. Robinson, J. Tosado, M. S. Fuhrer, S. C. Hernandez, and S. G. Waltont, Nano Lett 12(1), 102-107 (2012).
40. A. M. Goossens, V. E. Calado, A. Barreiro, K. Watanabe, T. Taniguchi, and L. M. K. Vandersypen, Appl Phys Lett 100, 073110 (2012).
41. X. L. Liang, B. A. Sperling, I. Calizo, G. J. Cheng, C. A. Hacker, Q. Zhang, Y. Obeng, K. Yan, H. L. Peng, Q. L. Li, X. X. Zhu, H. Yuan, A. R. H. Walker, Z. F. Liu, L. M. Peng, and C. A. Richter, Acs Nano 5(11), 9144-9153 (2011).
42. M. Ishigami, J. H. Chen, W. G. Cullen, M. S. Fuhrer, and E. D. Williams, Nano Lett 7(6), 1643-1648 (2007).
43. C. R. Dean, A. F. Young, I. Meric, C. Lee, L. Wang, S. Sorgenfrei, K. Watanabe, T. Taniguchi, P. Kim, K. L. Shepard, and J. Hone, Nat. Nanotechnol. 5(10), 722-726 (2010).
44. S. Ryu, L. Liu, S. Berciaud, Y. J. Yu, H. T. Liu, P. Kim, G. W. Flynn, and L. E. Brus, Nano Lett 10(12), 4944-4951 (2010).
45. P. Y. Huang, C. S. Ruiz-Vargas, A. M. van der Zande, W. S. Whitney, M. P. Levendorf, J. W. Kevek, S. Garg, J. S. Alden, C. J. Hustedt, Y. Zhu, J. Park, P. L. McEuen, and D. A. Muller, Nature 469, 389 (2011).
46. J. S. Park, A. Reina, R. Saito, J. Kong, G. Dresselhaus, and M. S. Dresselhaus, Carbon 47(5), 1303-1310 (2009).
47. S. Berciaud, S. Ryu, L. E. Brus, and T. F. Heinz, Nano Lett 9(1), 346-352 (2009).
48. Y. S. Touloukian, R. W. Powell, C. Y. Ho, and P. G. Klemens, New York, IFI/Plenum (1970).
49. Z. Wang and N. Mingo, Appl Phys Lett 99, 101903 (2011).
50. R. Prasher, Appl Phys Lett 94, 041905 (2009).
51. A. K. Geim and K. S. Novoselov, Nat Mater 6 (3), 183-191 (2007). 10.1038/nmat1849
52. K. S. Novoselov, V. I. Fal'ko, L. Colombo, P. R. Gellert, M. G. Schwab, and K. Kim, Nature 490, 192-200 (2012). 10.1038/nature11458
53. P. G. Klemens, International Journal of Thermophysics 22 (1), 265-275 (2001). 10.1023/A:1006776107140
54. D. L. Nika, E. P. Pokatilov, A. S. Askerov, and A. A. Balandin, Phys Rev B 79, 155413 (2009). 10.1103/PhysRevB.79.155413
55. L. Lindsay, D. A. Broido, and N. Mingo, Phys Rev B 83, 235428 (2011). 10.1103/PhysRevB.83.235428
56. A. A. Balandin, S. Ghosh, W. Z. Bao, I. Calizo, D. Teweldebrhan, F. Miao, and C. N. Lau, Nano Lett 8 (3), 902-907 (2008). 10.1021/nl0731872
57. C. Faugeras, B. Faugeras, M. Orlita, M. Potemski, R. R. Nair, and A. K. Geim, Acs Nano 4 (4), 1889-1892 (2010). 10.1021/nn9016229
58. W. W. Cai, A. L. Moore, Y. W. Zhu, X. S. Li, S. S. Chen, L. Shi, and R. S. Ruoff, Nano Letters 10 (5), 1645-1651 (2010). 10.1021/nl9041966
59. S. Ghosh, W. Z. Bao, D. L. Nika, S. Subrina, E. P. Pokatilov, C. N. Lau, and A. A. Balandin, Nat Mater 9 (7), 555-558 (2010). 10.1038/nmat2753
60. J. U. Lee, D. Yoon, H. Kim, S. W. Lee, and H. Cheong, Phys Rev B 83, 081419 (2011). 10.1103/PhysRevB.83.081419
61. S. S. Chen, A. L. Moore, W. W. Cai, J. W. Suk, J. H. An, C. Mishra, C. Amos, C. W. Magnuson, J. Y. Kang, L. Shi, and R. S. Ruoff, ACS Nano 5 (1), 321-328 (2011). 10.1021/nn102915x
62. J. H. Seol, I. Jo, A. L. Moore, L. Lindsay, Z. H. Aitken, M. T. Pettes, X. S. Li, Z. Yao, R. Huang, D. Broido, N. Mingo, R. S. Ruoff, and L. Shi, Science 328, 213-216 (2010). 10.1126/science.1184014
63. W. Y. Jang, Z. Chen, W. Z. Bao, C. N. Lau, and C. Dames, Nano Lett 10 (10), 3909-3913 (2010). 10.1021/nl101613u
64. Z. Q. Wang, R. G. Xie, C. T. Bui, D. Liu, X. X. Ni, B. W. Li, and J. T. L. Thong, Nano Lett 11 (1), 113-118 (2011). 10.1021/nl102923q
65. M. T. Pettes, I. S. Jo, Z. Yao, and L. Shi, Nano Letters 11 (3), 1195-1200 (2011). 10.1021/nl104156y
66. W. Jang, W. Bao, L. Jing, C. N. Lau, and C. Dames, Appl Phys Lett 103, 133102 (2013). 10.1063/1.4821941
67. J. Wang, L. Zhu, J. Chen, B. Li, and J. T. L. Thong, Advanced Materials 25 (47), 6884-6888 (2013). 10.1002/adma.201303362
68. M. M. Sadeghi, I. Jo, and L. Shi, P Natl Acad Sci USA 110 (41), 16321-16326 (2013). 10.1073/pnas.1306175110
69. X. F. Xu, L. F. C. Pereira, Y. Wang, J. Wu, K. W. Zhang, X. M. Zhao, S. Bae, C. T. Bui, R. G. Xie, J. T. L. Thong, B. H. Hong, K. P. Loh, D. Donadio, B. W. Li, and B. Ozyilmaz, Nat Commun 5, 3689 (2014).
70. C. X. Yu and G. Zhang, J Appl Phys 113, 214304 (2013). 10.1063/1.4809554
71. J. Maassen and M. Lundstrom, Journal of Applied Physics 117 (3), 035104 (2015). 10.1063/1.4905590
72. X. Xu, Y. Wang, K. Zhang, X. Zhao, S. Bae, M. Heinrich, C. T. Bui, R. Xie, J. T. L. Thong, B. H. Hong, K. P. Loh, B. W. Li, and B. Oezyilmaz, arxiv:1012.2937 (2010).
73. S. Datta, Electronic transport in mesoscopic systems (Cambridge University Press, Cambridge; New York, 1995).
74. C. H. Yu, L. Shi, Z. Yao, D. Y. Li, and A. Majumdar, Nano Lett 5 (9), 1842-1846 (2005). 10.1021/nl051044e
75. G. Chen, Nanoscale energy transport and conversion: a parallel treatment of electrons, molecules, phonons, and photons (Oxford University Press, New York, 2005).
76. J. M. Ziman, Electrons and phonons: the theory of transport phenomena in solids (Clarendon Press, Oxford, 1962).
77. T.-K. Hsiao, H.-K. Chang, S.-C. Liou, M.-W. Chu, S.-C. Lee, and C.-W. Chang, Nat Nano 8 (7), 534-538 (2013). 10.1038/nnano.2013.121
78. F. P. Incropera, D. P. Dewitt, T. L. Bergman, and A. S. Lavine, Fundamentals of heat and mass transfer, 6th ed. (John Wiley, Hoboken, NJ, 2007).
79. C. H. Yu, S. Saha, J. H. Zhou, L. Shi, A. M. Cassell, B. A. Cruden, Q. Ngo, and J. Li, J Heat Trans-T Asme 128 (3), 234-239 (2006). 10.1115/1.2150833
80. M. T. Pettes and L. Shi, Adv Funct Mater 19 (24), 3918-3925 (2009). 10.1002/adfm.200900932
81. I. Jo, M. T. Pettes, J. Kim, K. Watanabe, T. Taniguchi, Z. Yao, and L. Shi, Nano Lett 13 (2), 550-554 (2013). 10.1021/nl304060g
82. I. Jo, M. T. Pettes, E. Ou, W. Wu, and L. Shi, Appl Phys Lett 104, 201902 (2014). 10.1063/1.4876965
83. Z. Chen, W. Jang, W. Bao, C. N. Lau, and C. Dames, Appl Phys Lett 95, 161910 (2009). 10.1063/1.3245315
84. Y. K. Koh, M. H. Bae, D. G. Cahill, and E. Pop, Nano Lett 10 (11), 4363-4368 (2010). 10.1021/nl101790k
85. K. F. Mak, C. H. Lui, and T. F. Heinz, Appl Phys Lett 97, 221904 (2010). 10.1063/1.3511537
86. C. C. Chen, Z. Li, L. Shi, and S. B. Cronin, Appl Phys Lett 104, 081908 (2014). 10.1063/1.4866335
87. A. Weathers, Z. U. Khan, R. Brooke, D. Evans, M. T. Pettes, J. W. Andreasen, X. Crispin, and L. Shi, Advanced Materials 27 (12), 2101-2106 (2015). 10.1002/adma.201404738
88. Y. C. Lin, C. C. Lu, C. H. Yeh, C. H. Jin, K. Suenaga, and P. W. Chiu, Nano Lett 12 (1), 414-419 (2012). 10.1021/nl203733r
89. E. H. Lock, M. Baraket, M. Laskoski, S. P. Mulvaney, W. K. Lee, P. E. Sheehan, D. R. Hines, J. T. Robinson, J. Tosado, M. S. Fuhrer, S. C. Hernandez, and S. G. Waltont, Nano Lett 12 (1), 102-107 (2012). 10.1021/nl203058s
90. A. M. Goossens, V. E. Calado, A. Barreiro, K. Watanabe, T. Taniguchi, and L. M. K. Vandersypen, Appl Phys Lett 100, 073110 (2012). 10.1063/1.3685504
91. X. L. Liang, B. A. Sperling, I. Calizo, G. J. Cheng, C. A. Hacker, Q. Zhang, Y. Obeng, K. Yan, H. L. Peng, Q. L. Li, X. X. Zhu, H. Yuan, A. R. H. Walker, Z. F. Liu, L. M. Peng, and C. A. Richter, Acs Nano 5 (11), 9144-9153 (2011). 10.1021/nn203377t
92. M. Ishigami, J. H. Chen, W. G. Cullen, M. S. Fuhrer, and E. D. Williams, Nano Lett 7 (6), 1643-1648 (2007). 10.1021/nl070613a
93. C. R. Dean, A. F. Young, I. Meric, C. Lee, L. Wang, S. Sorgenfrei, K. Watanabe, T. Taniguchi, P. Kim, K. L. Shepard, and J. Hone, Nat. Nanotechnol. 5 (10), 722-726 (2010). 10.1038/nnano.2010.172
94. S. Ryu, L. Liu, S. Berciaud, Y. J. Yu, H. T. Liu, P. Kim, G. W. Flynn, and L. E. Brus, Nano Lett 10 (12), 4944-4951 (2010). 10.1021/nl1029607
95. P. Y. Huang, C. S. Ruiz-Vargas, A. M. van der Zande, W. S. Whitney, M. P. Levendorf, J. W. Kevek, S. Garg, J. S. Alden, C. J. Hustedt, Y. Zhu, J. Park, P. L. McEuen, and D. A. Muller, Nature 469, 389 (2011). 10.1038/nature09718
96. J. S. Park, A. Reina, R. Saito, J. Kong, G. Dresselhaus, and M. S. Dresselhaus, Carbon 47 (5), 1303-1310 (2009). 10.1016/j.carbon.2009.01.009
97. S. Berciaud, S. Ryu, L. E. Brus, and T. F. Heinz, Nano Lett 9 (1), 346-352 (2009). 10.1021/nl8031444
98. Y. S. Touloukian, R. W. Powell, C. Y. Ho, and P. G. Klemens, New York, IFI/Plenum (1970).
99. Z. Wang and N. Mingo, Appl Phys Lett 99, 101903 (2011). 10.1063/1.3635394
100. R. Prasher, Appl Phys Lett 94, 041905 (2009). 10.1063/1.3075065