[发明专利]一种利用拉曼光谱测量石墨烯载流子浓度的方法

权利要求书

1.一种利用拉曼光谱测量石墨烯载流子浓度的方法，其特征在于，包括步骤：

测量石墨烯样品的拉曼光谱；

通过所述拉曼光谱的半高宽获得石墨烯样品的声子线宽；

建立石墨烯的光学声子模的电声散射率和载流子浓度的关系；

通过第一性原理计算方法计算光学声子模的三声子散射率γ^3-ph和四声子散射率γ^4-ph对声子线宽的贡献；

将所述电声散射率和声子-声子散射作用对声子线宽的贡献相加，得到光学声子模的声子线宽，从而建立声子线宽和载流子浓度的对应关系，所述声子-声子散射作用包括三声子散射率γ^3-ph和四声子散射率γ^4-ph，基于所述石墨烯样品的声子线宽以及所述声子线宽与载流子浓度的对应关系标定石墨烯样品的载流子浓度。

2.根据权利要求1所述利用拉曼光谱测量石墨烯载流子浓度的方法，其特征在于，所述建立石墨烯的光学声子模的电声散射率和载流子浓度的关系的步骤包括：

根据费米黄金法则，得到光学声子模的电声散射率的表达式为：

其中，ω_q表示q点的声子频率，∈_ki表示k点处第i个能带上的电子态的能量，f_ki(T)表示电子在特定温度T下的分布函数，电子是费米子，服从费米狄拉克分布，即

由于费米能级附近的电子能带是线性的，在特定温度和特定费米能级下光学声子模的电声散射率可进一步简化成如下表达式：

0K下费米能级E_f为0处所对应的光学声子模的电声散射率γ^ph-e(0)＝＝10.62cm^-1光学声子模的声子能量室温下电声散射率随费米能级的变化可进一步写成：

3.根据权利要求2所述利用拉曼光谱测量石墨烯载流子浓度的方法，其特征在于，所述建立石墨烯的光学声子模的电声散射率和载流子浓度的关系的步骤还包括：

石墨烯样品在E_f＝0eV附近的电子态密度DOS随电子能量呈线性变化，用线性函数来拟合电子态密度，拟合结果如下：

其中DOS(E)表示能量为E的电子态密度；

载流子浓度n和电子态密度具有如下关系：

其中，N表示原胞的数目，S表示原胞的面积，2代表自旋简并数；

根据上述两公式可得：

4.根据权利要求3所述利用拉曼光谱测量石墨烯载流子浓度的方法，其特征在于，通过第一性原理计算方法计算光学声子模的三声子散射率γ^3-ph和四声子散射率γ^4-ph对声子线宽线宽的贡献，其中，三声子散射率γ^3-ph对声子线宽线宽的贡献为1.80cm-¹，四声子散射率对声子线宽线宽的贡献为1.45cm-¹。

5.根据权利要求4所述利用拉曼光谱测量石墨烯载流子浓度的方法，其特征在于，将所述电声散射率和声子-声子散射作用对声子线宽的贡献相加，得到光学声子模的声子线宽，从而建立所述声子线宽和载流子浓度的对应关系的步骤包括：

γ＝γ^ph-e+γ^3-ph+γ^4-ph＝γ^ph-e+3.25cm^-1。