Multiphonon Raman spectroscopy properties and Raman mapping of 2D van der Waals solids: Graphene and beyond

Journal of Raman Spectroscopy

Volumn 46, Issue 2, 2015, Pages 217-230

  Gupta, S ^a   Heintzman, E ^a   Jasinski, J ^b  

^a WESTERN KENTUCKY UNIVERSITY   (United States)

^b University of Louisville   (United States)

Author keywords

2D vdW solids; Graphene layers; H BN; Mapping; Multiphonon; Semiconducting TMDs

Indexed keywords

ATOMS; BORON NITRIDE; ELECTRONIC PROPERTIES; GRAPHENE; GRAPHITE; III-V SEMICONDUCTORS; LATTICE VIBRATIONS; LAYERED SEMICONDUCTORS; MAPPING; MOLYBDENUM DISULFIDE; PHONONS; RAMAN SPECTROSCOPY; TUNGSTEN COMPOUNDS; VAN DER WAALS FORCES; VIBRATION ANALYSIS; WIDE BAND GAP SEMICONDUCTORS;

2D VAN DER WAAL SOLID; BAND POSITION; DICHALCOGENIDES; GRAPHENE LAYERS; H-BN; HIGHER-ORDER; MULTIPHONONS; SEMICONDUCTING TRANSITION; SEMICONDUCTING TRANSITION METAL DICHALCOGENIDES; VAN DER WAAL SOLIDS;

TRANSITION METALS;

EID: 85027949764     PISSN: 03770486     EISSN: 10974555     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jrs.4609     Document Type: Article

References (118)

1. A. K. Geim, K. S. Novoselov, Nat. Mater. 2007, 6, 183.
2. M. Y. Han, B. Ozyilmaz, Y. Zhang, P. Kim, Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 206805.
3. M. C. Lemme, T. J. Echtermeyer, M. Baus, H. Kurz, IEEE Electron Device Lett. 2007, 28, 282.
4. Z. Chen, Y. M. Lin, M. J. Rooks, P. Avouris, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 2007, 40, 228-232.
5. S. Park, R. S. Ruoff, Nat. Nanotech. 2009, 4, 217.
6. K. S. Novoselov, Z. Jiang, Y. Zhang, S.V.Morozov,H. L. Stormer, U. Zeitler, J. C.Maan, G. S. Boebinger, P. Kim, A. Geim, Science 2007, 315, 1379.
7. K. S. Novoselov, Z. Jiang, F. Schedin, T. J. Booth, V. V. Khotkevich, S. V. Morozov, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 10451.
8. W. Du, X. Jiang, L. Zhu, J. Mater. Chem. A 2013, 1, 10592.
9. M. Osada, T. Sasaki, J. Mater. Chem. 2009, 19, 2503.
10. C. Berger, Z. M. Song, T. B. Li, X. B. Li, A. Y. Ogbazghi, R. Feng, Z.T. Dai, A. N.Marchenkov, E.H. Conrad, P.N. First,W.A. de Heer, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 19912.
11. X. Li, W. Cai, J. An, S. Kim, J. Nah, D. Yang, R. Piner, A. Velamakanni, I. Jung, E. Tutuc, S. K. Banerjee, L. Colombo, R. S. Ruoff, Science 2009, 324, 1312.
12. A. Reina, X. Jia, J. Ho, D. Nezich, H. Son, V. Bulovic, M. S. Dresselhaus, J. Kong, Nano Lett. 2009, 9, 30.
13. C. Mattevi, H. Kim, M. Chowalla, J. Mater. Chem. 2011, 21, 3324.
14. S. Gupta, E. Heintzman, J. Jasinski, J. Electron. Mater. 2014, 43, 3458.
15. Y. Zhang, T.-T. Tang, C. Girit, Z. Hao, M. C. Martin, A. Zettl, M. F. Crommie, Y. R. Shen, F. Wang, Nature 2009, 459, 820.
16. K. F. Mak, C. Lee, J. Hone, J. Shan, T. F. Heinz, Phys. Rev. Lett. 2010, 105, 136805.
17. H. R. Gutiérrez, N. Perea-López, A. L. Elías, A. Berkdemir, B.Wang, R. Lv, F. López-Urías, V. H. Crespi, H. Terrones, M. Terrones, Nano Lett. 2013, 13, 3447 and references therein.
18. Y. Ding, Y.Wang, J. Ni, L. Shi, S. Shi,W. Tang, Physica B 2011, 406, 2254.
19. S. K.Mahatha, K. D. Patel, K. S. R.Menon, J. Phys. Condens.Matter 2012, 24, 475504.
20. D. Golberg, Y. Bando, Y. Huang, T. Terao, M. Mitome, C. Tang, C. Zhi, ACS Nano 2010, 4, 2979.
21. Z. Sun, C. L. Pint, D. C. Marcano, C. Zhang, J. Yao, G. Ruan, Z. Yan, Y. Zhu, R. H. Hauge, J. M. Tour, Nature Comm. 2011, 2, 559.
22. A. Eckmann, J. Park, H. Yang, D. Elias, A. S. Mayorov, G. Yu, R. Jalil, K. S. Novoselov, R. S. Gorbachev, M. Lazzeri, A. K. Geim, C. Casiraghi, Nano Lett. 2013, 13, 5242.
23. Q. H. Wang, K. K. Zadeh, A. Kis, J.N. Coleman, M. S. Strano, Nature Nanotechnol. 2012, 7, 699.
24. S. Z. Butler, S. M. Hollen, L. Cao, Y. Cui, J. A. Gupta, H. R. Gutiérrez, et al. ACS Nano 2013, 7, 2898.
25. C. Ataca, H. Sahin, S. Ciraci, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 8983.
26. B. C. Windom,W. G. Sawyer, D.W. Hahn, Tribol Lett. 2011, 42, 301.
27. H. S. Lee, S.-W. Min, Y.-G. Chang, M. K. Park, T. Nam, H. Kim, J. H. Kim, S. Ryu, S. Im, Nano Lett. 2012, 12, 3695.
28. K. Behnia, Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 488.
29. H. Zeng, J. Dai, W. Yao, D. Xiao, X. Cui, Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 490.
30. J. Lauritsen, J. Kibsgaard, S. Helveg, H. Topsoe, B. S. Clausen, E. Laegsgaard, F. Besenbacher, Nat. Nanotechnol. 2007, 2, 53.
31. T. F. Jaramillo, K. P. Jorgensen, J. Bonde, J. H. Nielsen, S. Horch, I. Chorkendorff, Science 2007, 317, 100.
32. C. Chiritescu, D. G. Cahill, N. Nguyen, D. Johnson, A. Badapati, P. Keblinski, P. Zschack, Science 2007, 315, 351.
33. M. G. Asl, N. Zibouche, M. Wahiduzzaman, A. F. Oliveira, A. Kuc, T. Heine, Sci. Rep. 2013, 3, 2961.
34. B. C. Windom, W. G. Sawyer, D. W. Hahn, Tribol. Lett. 2011, 42, 301.
35. J. N. Coleman, M. Lotya, A. O'Neill, S. D. Bergin, P.J. King, U. Khan, et al. Science 2011, 331, 568.
36. R. A. Gordon, D. Yang, E. D. Crozier, D. T. Jiang, R. F. Frindt, Phys. Rev. B 2002, 65, 125407.
37. Q. H. Wang, K. K. Zadeh, A. Kis, J. N. Coleman, M. S. Strano, Nature Nanotechnol. 2012, 7, 699.
38. A.P. Nayak, S. Bhattacharyya, J. Zhu, J. Liu, X. Wu, T.Pandey, C. Jin, A. K. Singh, D. Akinwande, J.-F. Lin, Nat. Comm. 2014, 5, 3731.
39. S. Tongay, S. S. Varnoosfaderani, B. R. Appleton, J. Wu, A. F. Hebard, Appl. Phys. Lett. 2012, 101, 123105.
40. K. F. Mak, C. Lee, J. Hone, J. Shan, T. F. Heinz, Phys. Rev. Lett. 2010, 105, 136805.
41. H. Peelaers, C. G. Van de Walle, Phys. Rev. B 2012, 86, 241401(R).
42. S. W. Han, H. Kwon, S. K. Kim, S. Ryu, W. S. Yun, D. H. Kim, J. H. Hwang, J.-S. Kang, J. Baik, H. J. Shin, S. C. Hong, Phys. Rev. B 2011, 84, 045409.
43. J. K. Ellis, M. J. Lucero, G. E. Scuseria, Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 261908.
44. S. Horzum, H. Sahin, S. Cahangirov, P. Cudazzo, A. Rubio, T. Serin, F. M. Peeters, Phys. Rev. B 2013, 87, 125415.
45. H. Fang, S. Chuang, T. C. Chang, K. Takei, T. Takahashi, A. Javey, Nano Lett. 2012, 12, 3788.
46. Carbon Nanotubes: Synthesis, Structure, Properties, and Applications, (Eds: M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, P. Avouris), Springer-Verlag, New York, 2001.
47. M. S. Dresselhaus, P. C. Eklund, Adv. Phys. 2000, 49, 705.
48. M. A. Pimenta, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus, L. G. Cancádo, A. Jorio, R. Saito, Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 1276 and references therein.
49. S. Gupta, A. Saxena, J. Raman Spectros. 2009, 40, 1127 and references therein.
50. G. Gouadec, P. Colomban, Prog. Crystal Growth and Character. Mater. 2007, 53, 1.
51. P. Venezuela, M. Lazzeri, F. Mauri, Phys. Rev. B 2011, 84, 035433.
52. J. M. Caridad, F. Rossella, V. Bellani, M. S. Grandi, E. Diez, J. Raman Spectros. 2010, 10, 2739.
53. M. A. Pimenta, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus, L. G. Cancado, A. Joria, R. Saito, Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 1276.
54. J. Yan, Y. B. Zhang, P. Kim, A. Pinczuk, Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 166802.
55. Y. Zhang, T.-T. Tang, C. Girit, Z. Hao, M. C. Martin, A. Zettl, M. F. Crommie, Y. R. Shen, F. Wang, Nat. Lett. 2009, 459, 820.
56. J. E. Lee, G. Ahn, J. Shim, Y. S. Lee, S. Ryu, Nat. Comm. 2012, 3, 1.
57. R. Rao, D. Tishler, J. Katoch, M. Ishigami, Phys. Rev. B 2011, 84, 113406.
58. S. D. Sarma, S. Adam, E. H. Hwang, E. Rossi, Rev. Mod. Phys. 2011, 83, 407.
59. C. O. Girit, J. C. Meyer, R. Erni, M.D. Rossell, C. Kisielowski, L. Yang, C.-H. Park, M. F. Crommie, M. L. Cohen, S. G. Louie, A. Zettl, Science 2009, 323, 1705.
60. C. Lee, Q. Li, W. Kalb, X.-Z. Liu, H. Berger, R.W. Carpick, J. Hone, Science 2010, 328, 76.
61. H. Lipson, A. R. Stokes, Nature 1942, 149, 328.
62. Z. H. Ni, H. M. Wang, J. Kasim, H. M. Fan, T. Yu, Y. H. Wu, Y. P. Feng, Z. X. Shen, Nano Lett. 2007, 7, 2758.
63. A. C. Ferrari, J. C. Meyer, V. Scardaci, C. Casiraghi, M. Lazzeri, F. Mauri, S. Piscanec, D. Jiang, K. S. Novoselov, S. Roth, A. K. Geim, Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 187401.
64. R. Rao, R. Podila, R. Tsuchikawa, J. Katoch, D. Tishler, A. M. Rao, M. Ishigami, ACS Nano 2011, 5, 1594.
65. L. G. Can ado, A. Reina, J. Kong,M. S. Dresselhaus, Phys. Rev. B 2008, 77, 245408.
66. J. Park, A. Reina, R. Saito, J. Kong, G. Dresselhaus, M. Dresselhaus, Carbon 2009, 47, 1303.
67. E. Barros, N. Demir, A. Souza Filho, J. Mendes Filho, A. Jorio, G. Dresselhaus, M. Dresselhaus, Phys. Rev. B 2005, 71, 165422.
68. L.Malard,M. Pimenta, G. Dresselhaus,M. Dresselhaus, Phys. Rep. 2009, 473, 51.
69. Y. Zhang, P.J. Small, W.V. Pontius, P. Kim, Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 073104.
70. R. A. Jishi, D. M. Guzman, H. M. Alyahyaei, arXiv:1107.1845v1 [condmat. supr-con] 2011, 10 Jul.
71. V. V. Strelchuk, A. S. Nikolenko, V.O. Gubanov, M.M. Biliy, L.A. Bulavin, J. Nanosci Nanotechnol. 2012, 12, 8671.
72. P. Tan, Y. Tang, Y.M. Deng, F. Li, Y. L.Wei, H. M. Cheng, Appl. Phys. Lett. 1999, 75, 1524.
73. F. Wang, G. Dukovic, L.E. Brus, T.F. Heinz, Science 2005, 308, 838.
74. M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, R. Saito, A. Jorio, Phys. Rep. 2005, 409, 47.
75. W. Li, H. Zhang, C.Wang, Y. Zhang, L. Xu, K. Zhu, S. Xie, Appl. Phys. Lett. 1997, 70, 2684.
76. Y. Kawashima, G. Katagiri, Phys. Rev. B 1995, 52, 10053.
77. I. Calizo, I. Bejenari, M. Rahman, G. Liu, A. A. Balandin, J. Appl. Phys. 2009, 106, 043509.
78. C. Thomsen, Phys. Rev. B 2000, 61, 4542.
79. Y. Kawashima, G. Katagiri, Phys. Rev. B 1995, 52, 10053.
80. J. Charlier, P. C. Eklund, J. Zhu, A. C. Ferrari, in Carbon Nanotubes: Advanced topics in the synthesis, structure, properties and applications, (Eds: A. Jorio, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus), Springer-Verlag, Berlin, 2008, p. 673.
81. R. P. Vidano, D. B. Fishbach, L. J.Willis, T.M. Loehr, Solid State Commun. 1981, 39, 341.
82. A. V. Baranov, A. N. Bekhterev, Y. S. Bobovich, V. I. Petrov, Opt. Spectrosk. 1987, 62, 1036.
83. C. Thomsen, S. Reich, Phys. Rev. Lett. 2000, 85, 5214.
84. L. M. Malard, J. Nilsson, D. C. Elias, J. C. Brant, F. Plentz, E. S. Alves, A. H. Castro Neto, M. A. Pimenta, Phys. Rev. B 2007, 76, 201401.
85. D. L. Mafra, E. A. Moujaes, S. K. Doorn, H. Htoon, R. W. Nunes, M. A. Pimenta, Carbon 2011, 49, 1511.
86. A. Gupta, G. Chen, P. Joshi, S. Tadigadapa, P. C. Eklund, Nano Lett. 2006, 6, 2667.
87. L. G. Can ado, A. Jorio, M. A. Pimenta, Phys. Rev. B 2007, 76, 064304 and references therein.
88. D. M. Basko, Phys. Rev. B 2009, 79, 205428 and references therein.
89. Y. Wei, J. Wu, H. Yin, X. Shi, R. Yang, M. Dresselhaus, Nat. Mater. 2012, 11, 759.
90. S. Gupta, A. Saxena, Mater. Res. Bull. March Issue 2014, 39, 265 and references therein.
91. M. M. Lucchese, F. Stavale, E.H. Ferreira, C. Vilani, M. V. O. Moutinho, R. B. Capaz, C. A. Achete, A. Jorio, Carbon 2010, 48, 1592.
92. H.Wang, Y.Wang,X.Cao,M.Feng,G.Lan, J. Raman Spectros. 2009, 40, 1791.
93. C. Lee, H. Yan, L. E. Brus, T. F. Heinz, J. Hone, S. Ryu, ACS Nano 2010, 4, 2695.
94. C. Casiraghi, S. Pisana, K. S. Novoselov, A. K. Geim, A. C. Ferrari, Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 233108 and references therein.
95. P. Tan, S. Dimovski, Y. Gogotsi, Phil. Tran. Roy. Soc. London. Series A: Math. Phys. Eng. Sci. 2004, 362, 2289.
96. J. Park, A. Reina, R. Saito, J. Kong, G. Dresselhaus, M. Dresselhaus, Carbon 2009, 47, 1303.
97. M. Mohr, J. Maultzsch, C. Thomsen, Phys. Rev. B 2010, 82, 201409.
98. Q. H. Wang, K. K. Zadeh, A. Kis, J. N. Coleman, M. S. Strano, Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 699.
99. J. L. Verble, T. J. Weiting, Phys. Rev. Lett. 1970, 25, 362.
100. J. A. Wilson, A. D. Yoffe, Adv. Phys. 1969, 18, 193.
101. A. M. Sánchez, L. Wirtz, Phys. Rev. B 2011, 84, 155413.
102. N. Wakabayashi, H. G. Smith, R. M. Nicklow, Phys. Rev. B 1975, 12, 659.
103. C. Lee, H. Yan, L. E. Brus, T. F. Heinz, J. Hone, S. Ryu, ACS Nano 2010, 4, 2695.
104. L. Wirtz, A. Rubio, Sol. Stat. Commun. 2004, 131, 141.
105. D. Goldberg, Y. Bando,M. Eremets, K. Takemura, K. Kurashima, H. Yusa, Appl. Phys. Lett. 1996, 69, 2045.
106. C. R. Dean, A. F. Young, I. Meric, C. Lee, L. Wang, S. Sorgenfrei, K. Watanabe, T. Taniguchi, P. Kim, K. L. Shepard, J. Hone, J. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 5722.
107. R. Arenal, A. C. Ferrari, S. Reich, L. Wirtz, J. V. Mevellec, S. Lefrant, A. Rubio, A. Loiseau, Nano Lett. 2006, 6, 1812.
108. R. J. Nemanich, S. A. Solin, R. M. Martin, Phys. Rev. B 1981, 23, 6348.
109. S. Reich, A. C. Ferrari, R. Arenal, A. Loiseau, I. Bello, J. Robertson, Phys. Rev. B 2005, 71, 205201.
110. G. Kern, G. Kresse, J. Hafner, Phys. Rev. B 1999, 59, 8551.
111. W. J. Yu, W. M. Lau, S. P. Chan, Z. F. Liu, Q. Q. Zheng, Phys. Rev. B 2003, 67, 014108.
112. A. Hashimoto, K. Suenaga, A. Gloter, K. Urita, S. Iijima, Nature 2004, 430, 870.
113. J. C.Meyer, C. Kiseliowski, R. Erni, M. D. Russell, M. F. Crommie, A. Zettl, Nano Lett. 2008, 8, 3582.
114. J. H. Warner, M. H. Rummeli, T. Gemming, B. Buchner, G. A. D. Briggs, Nano Lett. 2009, 9, 102.
115. J. H. Warner, M. H. Rummeli, L. Ge, T. Gemming, B. Montanari, N.M. Harrison, B. Buchner, G. A. D. Briggs, Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 500.
116. S. Horiuchi, T. Gotou, M. Fujiwara, R. Sotoaka, M. Hirata, K. Kimoto, T. Asaka, T. Yokosawa, Y. Matsui, K. Watanabe, M. Sekita, Jpn. J. Appl. Phys. 2003, 42, L1073.
117. H.S.S. Matte Ramakrishna, A. Gomathi, A. K. Manna, D. J. Late, R. Datta, S. K. Pati, C. N. R. Rao, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 4059.
118. J. A. Rogers, M. G. Lagally, R. G. Nuzzo, Nature 2011, 447, 45.