Исследование электрофизических свойств чистого и интеркалированного высокоориентированного пиролитического графита
З.А. Ахматов1,2,3, А.Х. Хоконов2,3,4, И.Н. Сергеев2
1 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
2 ФГБУН «Институт ядерных исследований РАН»
3 «Кабардино-Балкарский научный центр РАН»
4 ФГБОУ ВО «Адыгейский государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.007
Оригинальная статья
Аннотация: Интеркалированные соединения графита привлекли большое внимание исследователей благодаря своим уникальным физическим свойствам. Внедряемые в межплоскостные промежутки графита металлы и молекулы могут являться донорами или акцепторами электронов. Это означает, что интеркалирование различными химическими элементами может влиять на концентрацию свободных носителей в графите. Как следствие, интеркалированные соединения графита могут проявлять различные электронные, тепловые и магнитные свойства. В настоящей работе продемонстрирована возможность модификации электрофизических свойств высокоориентированного пиролитического графита посредством его интрекаляции атомами калия. Интеркаляция высокоориентированного пиролитического графита калием производилось с помощью двухзонного метода. Ступень интеркаляции образца была определена по спектрам комбинационного рассеяния света. Измерения электрофизических величин чистого и интеркалированного графита проводились с использованием метода ван дер Пау (четырехзондовый метод). Показано, что интеркалирование калием высокоориентированного пиролитического графита приводит к уменьшению его удельного сопротивления и постоянной Холла, тогда как для значений концентрации и подвижности носителей имеет место существенное увеличение. Принимая во внимание то, что изменение электрофизических свойств графита при его интеркаляции происходит без разрушения кристаллической структуры, приводящей к ухудшению
физических характеристик, можно с уверенностью сказать, что данная методика является одной из перспективных для управления свойствами (электронными, поверхностными и др.) слоистых углеродных материалов.
Ключевые слова: высокоориентированный пиролитический графит, электрофизические свойства, постоянная Холла, щелочные металлы, интеркаляция, двухзонный метод, спектроскопия комбинационного рассеяния
- 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 «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 «Кабардино-Балкарский научный центр РАН», ведущий научный сотрудник ФГБОУ ВО «Адыгейский государственный университет»
- Сергеев Игорь Николаевич – старший научный сотрудник, лаборатория «Астрофизика и физика космических лучей», ФГБУН «Институт ядерных исследований РАН»
Ссылка для цитирования:
Ахматов, З.А. Исследование электрофизических свойств чистого и интеркалированного высокоориентированного пиролитического графита / З.А. Ахматов, А.Х. Хоконов, И.Н. Сергеев // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 007-014. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.007. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. 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.
2. 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.
3. Yahya, A.M. Hybrid nanocomposites for enhanced photodetection: synthesis and application of Ag2O@graphene/Si heterojunctions / A.M. Yahya, A.I. Hassan, E.T. Salim, A.J. Addie // Journal of Alloys and Compounds. – 2024. –V. 1001. – I. 5. – Art. № 175133. – 11 p. DOI: 10.1016/j.jallcom.2024.175133.
4. Van der Pauw, L.J. A method of measuring the resistivity and Hall coefficient on lamellae of arbitrary shape / L.J. van der Pauw // Philips Technical Review. – 1958. – V. 20. – P. 220-224. DOI: 10.1142/9789814503464_0017.
5. 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.
6. 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. – C. 24-32. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.024.
7. Ахматов, З.А. Низкофоновый метод изотопных маркеров для измерения эффективности интеркаляции графита атомами калия / З.А. Ахматов, А.М. Гангапшев, В.С. Романенко, А.Х. Хоконов, В.В. Кузьминов // Физика элементарных частиц и атомного ядра. – 2018. – Т. 49. – Вып. 4. – С. 1383-1391.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. Hu, X. Electrostatic derivation for the van der Pauw formula and simulation using arbitrarily shaped resistive materials / X. Hu, L. Zhu, K. Diao et al. // AIP Advances. – 2022. – V. 12. – I. 7. – Art. № 075208. – 10 p. DOI: 10.1063/5.0081561.