Исследование интеркалированного калием графита методом спектроскопии комбинационного рассеяния
З.А. Ахматов1,2,3, А.Х. Хоконов2,3, И.Н. Сергеев2, М.Г. Амбарцумов4
1 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
2 ФГБУН «Институт ядерных исследований РАН»
3 ФГБУН «ФНЦ «Кабардино-Балкарский научный центр РАН»
4 ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.024
Оригинальная статья
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.
Ключевые слова: спектроскопия комбинационного рассеяния, высокоориентированный пиролитический графит, щелочные металлы, интеркаляция, двухзонный метод, расчеты из первых принципов
- Ахматов Зейтун Ануарович – 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»
- Хоконов Азамат Хазрет-Алиевич – ведущий научный сотрудник, ФГБУН «Институт ядерных исследований РАН», старший научный сотрудник Института информатики и проблем регионального управления ФГБУН «ФНЦ «Кабардино-Балкарский научный центр РАН»
- Сергеев Игорь Николаевич – старший научный сотрудник лаборатории «Астрофизика и физика космических лучей», ФГБУН «Институт ядерных исследований РАН»
- Амбарцумов Михаил Георгиевич – ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории технологии тонких пленок и наногетероструктур научно-лабораторного комплекса чистых зон физико- технического факультета, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
Ссылка на статью:
Ахматов, З.А. Исследование интеркалированного калием графита методом спектроскопии комбинационного рассеяния / З.А. Ахматов, А.Х. Хоконов, И.Н. Сергеев, М.Г. Амбарцумов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 24-32. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.024.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
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.