Probing the opto-electronic and mechanical properties of suspended graphene membranes by Raman spectroscopy

par Dominik Metten

Thèse de doctorat en Nanophysique

Sous la direction de Stéphane Berciaud.

Soutenue le 29-01-2016

à Strasbourg , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg) , en partenariat avec Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg) (laboratoire) .

Le président du jury était Florian Banhart.

Le jury était composé de Nedjma Bendiab, Pierre Verlot.

Les rapporteurs étaient Christoph Stampfer, Christophe Voisin.

  • Titre traduit

    Etude de propriétés opto-électroniques et mécaniques de membranes de graphène suspendu par spectroscopie Raman


  • Résumé

    Ce travail présente une étude par diffusion micro-Raman de membranes de graphène suspendu.La spectroscopie Raman est présentée comme un outil rapide et peu invasif pour estimer les contraintes natives dans du graphène suspendu et est utilisée pour en sonder quantitativement la déflexion, induite soit par une différence de pression d’air soit électrostatiquement. Dans des bulles de graphène pressurisées, une analyse minutieuse des intensités et fréquences des principaux modes Raman permet une détermination tout-op que de la topographie de la bulle, du module de Young et des paramètres de Grüneisen du graphène. Une grille électrostatique offre une manière élégante d’introduire à la fois des contraintes et du dopage dans le graphène. Des mesures Raman permettent une détermination précise de la déflection induite par la force électrostatique (jusqu’à l’effondrement irréversible), en très bon accord avec un modèle électromécanique.


  • Résumé

    This work presents a micro-Raman scattering study of undoped suspended graphene membranes. Raman spectroscopy is introduced as a fast and minimally invasive tool to estimate sample dependent built-in strain in suspended graphene, and is further employed to quantatively probe the membrane deflection, which may be induced either by an air pressure difference or electrostatically. In pressurized graphene blisters, an all-optical determination of the blister topography, the Young’s modulus and the Grüneisen parameters of graphene is achieved by a thorough analysis of the intensity and frequency of the main Raman modes. Electrostatic gating offers an elegant way to simultaneously strain and dope graphene. Raman measurements allow an accurate determination of the electrostatically-induced graphene deflection (up to irreversible collapse), in very good agreement with an electromechanical model.


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