Рамановская спектроскопия графеновых материалов и ее применения в связанных с ними устройствах

Графеновые материалы обладают выдающимися электронными, оптическими и механическими свойствами, что обусловило высокий научный интерес к ним и огромный потенциал для разнообразных применений. Кроме того, семейство графеновых материалов расширяется благодаря развитию методов их получения. Рамановская спектроскопия представляет собой универсальный инструмент для идентификации и характеристики химических и физических свойств этих материалов как в лабораторных условиях, так и в условиях массового производства. Эта методика настолько важна, что большинство опубликованных работ, посвященных данным материалам, содержат по меньшей мере один рамановский спектр. Поэтому в настоящем обзоре систематически рассматривается развитие рамановской спектроскопии графеновых материалов с позиций как фундаментальных исследований, так и практического применения, то есть использования в устройствах. Описаны основные процессы рамановского рассеяния, соответствующие всем модам первого и второго порядков в идеальном графене. Кроме того, обсуждаются сдвиговые моды, моды дыхания слоев, а также G- и 2D-моды многослойного графена с различными порядками укладки слоев. Представлены методы определения числа слоев графена, исследования резонансных рамановских спектров монослойного и многослойного графена, а также получения рамановских изображений графеновых материалов. Описаны широкие возможности рамановской спектроскопии для изучения фундаментальных свойств графена под воздействием внешних возмущений; эти возможности были также распространены на другие графеновые материалы, такие как графеновые квантовые точки, углеродные точки, оксид графена, наноленты, графеновые чешуйки, полученные методом химического осаждения из газовой фазы и эпитаксиально выращенные на SiC, композиты и графеновые ван-дер-ваальсовы гетероструктуры. Эти фундаментальные свойства использовались для исследования состояний, эффектов и механизмов, связанных с графеновыми материалами в соответствующих гетероструктурах и устройствах. Мы надеемся, что этот обзор будет полезен для всех направлений исследований графена — от фундаментальных исследований до синтеза материалов и применения устройств.