K.L. Wong;M.W. Chuan;A. Hamzah;S. Rusli;N.E. Alias;S.M. Sultan;C.S. Lim;M.L.P. Tan
Advances in nano research
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v.17
no.2
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pp.137-147
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2024
Graphene nanoribbons (GNRs) are considered a promising alternative to graphene for future nanoelectronic applications. However, GNRs-based device modeling is still at an early stage. This research models the electronic properties of n-doped rough-edged 13-armchair graphene nanoribbons (13-AGNRs) and quantum transport properties of n-doped rough-edged 13-armchair graphene nanoribbon field-effect transistors (13-AGNRFETs) at different doping concentrations. Step-up and edge doping are used to incorporate doping within the nanostructure. The numerical real-space nearest-neighbour tight-binding (NNTB) method constructs the Hamiltonian operator matrix, which computes electronic properties, including the sub-band structure and bandgap. Quantum transport properties are subsequently computed using the self-consistent solution of the two-dimensional Poisson and Schrödinger equations within the non-equilibrium Green's function method. The finite difference method solves the Poisson equation, while the successive over-relaxation method speeds up the convergence process. Performance metrics of the device are then computed. The results show that highly doped, rough-edged 13-AGNRs exhibit a lower bandgap. Moreover, n-doped rough-edged 13-AGNRFETs with a channel of higher doping concentration have better gate control and are less affected by leakage current because they demonstrate a higher current ratio and lower off-current. Furthermore, highly n-doped rough-edged 13-AGNRFETs have better channel control and are less affected by the short channel effect due to the lower value of subthreshold swing and drain-induced barrier lowering. The inclusion of dopants enhances the on-current by introducing more charge carriers in the highly n-doped, rough-edged channel. This research highlights the importance of optimizing doping concentrations for enhancing GNRFET-based device performance, making them viable for applications in nanoelectronics.
Irradiation of gold nanorods (GNRs) with laser light corresponding to the longitudinal surface plasmon oscillation results in rapid conversion of electromagnetic energy into heat, a phenomenon commonly known as the photothermal effect of GNRs. Herein, we propose a facile strategy for increasing the photothermal conversion efficiency of GNRs by integration to form graphene oxide (GO) nanocomposites. Moreover, conjugation of iron oxide (IO) with the GO-GNR nanohybrid allowed magnetic enrichment at a specific target site and the separated GO-IO-GNR assembly was rapidly heated by laser irradiation. The present GO-IO-GNR nanocomposites hold great promise for application in various biomedical fields, including surface enhanced Raman spectroscopy imaging, photoacoustic tomography imaging, magnetic resonance imaging, and photothermal cancer therapy.
Kim, Hyo Seok;Kim, Han Seul;Kim, Seong Sik;Kim, Yong Hoon
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.647-647
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2013
We apply a density functional theory (DFT) and DFT-based non-equilibrium Green's function approach to study the structures, energetics and charge transport characteristics of nitrogen-doped graphene and graphene nanoribbons (GNRs) with additional doping of phosphorus or boron atoms. Considering graphitic, pyridinic, and porphrin-like N doping sites and increasing N-doping concentration, we analyze the structures of N-P and N-B doped graphene and particularly focus on how they affect the charge transport along the lateral direction. For the GNRs, we also consider the differences between defects formed at the edge and bulk regions. Implications of our findings in the context of electronic and energy device applications will be also discussed.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2023.11a
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pp.125-126
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2023
This work explores the effectiveness of graphene nanoribbons (GNRs) in modifying the fire resistance of cement paste. The GNRs are added to the ordinary Portland cement at 0.10 wt% of the cement, and the sample is heated to target temperatures after curing for 28 days. Subsequently, the variations of compressive strength and pore structure are inquired by compared to the control sample without nano reinforcing and the sample with the same amount of carbon nanotubes (CNTs).
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.198-198
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2012
Graphene has been the subject of intense study in recent years owing to its good optoelectronic properties, possibility for stretchable electronics, and so on. Especially, many research groups have studied about graphene nanostructures with various sizes and shapes. Graphene needs to be fabricated into useful devices with controllable electrical properties for its successful device applications. However, this been far from satisfaction owing to a lack of reliable pattern transfer techniques. Photolithography, nanowire etching, and electron beam lithography methods are commonly used for construction of graphene patterns, but those techniques have limitations for getting controllable GNRs. We have developed a novel nanoscale pattern transfer technique based on an electro-hydrodynamic lithography providing highly scalable versatile pattern transfer technique viable for industrial applications. This technique was exploited to fabricate nanoscale patterned graphene structures in a predetermined shape on a substrate. FE-SEM, AFM, and Raman microscopy were used to characterize the patterned graphene structures. This technique may present a very reliable high resolution pattern transfer technique suitable for graphene device applications and can be extended to other inorganic materials.
First-principles investigations on the hybrid one dementional hexagonal hybrboron-nitride nano ribbons (BNNRs) with a armchair graphene nano-ribbons(AGRNRs), are presented. Electronics properties of the mixed armchair BNC nano-ribbon (BNCNRs) structure show control of a band gap on all cases at the special K-point. And we have studied, the band gap is direct in all cases. The band gap of mixed ABNCNRs could be divided into three groups (${\Delta}3p$, ${\Delta}3p+1$ and ${\Delta}3p+2$) and decrease with the increase of the width. Also these results show similar to the AGNRs case. Different from the band gap value ordering of AGNRs (${\Delta}3p+1$ > ${\Delta}3p$ > ${\Delta}3p+2$), the ordering of ABNCNRs is ${\Delta}3p$ > ${\Delta}3p+1$ > ${\Delta}3p+2$. The discrepancy may come from the differences between the edges of AGRNRs and the boundaries of hybrid BNCNRs. In addition, the bandgap of ABNCNRs are much smaller than those of the corresponding AGNRs. Our results show that the origin of band gap for BNCNRs with armchair shaped edges arises from both quantum confinement effect of the edges. These results similar to thecase of AGNRs. These properties of hybrid BN/C nano-ribbon structure may offer suitable bandgap to develop nnanoscale electronics and solar cell beyond individual GNRs and BNNRs.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.185.2-185.2
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2014
We have studied the atomic and electronic structure of graphene nanoribbons (GNRs) on a hexagonal boron nitride (h-BN) sheet with intercalated atoms using first-principles calculations. The h-BN sheet is an insulator with the band gap about 6 eV and then it may a good candidate as a supporting dielectric substrate for graphene-based nanodevices. Especially, the h-BN sheet has the similar bond structure as graphene with a slightly longer lattice constant. For the computation, we use the Vienna ab initio simulation package (VASP). The generalized gradient approximation (GGA) in the form of the PBE-type parameterization is employed. The ions are described via the projector augmented wave potentials, and the cutoff energy for the plane-wave basis is set to 400 eV. To include weak van der Waals (vdW) interactions, we adopt the Grimme's DFT-D2 vdW correction based on a semi-empirical GGA-type theory. Our calculations reveal that the localized states appear at the zigzag edge of the GNR on the h-BN sheet due to the flat band of the zigzag edge at the Fermi level and the localized states rapidly decay into the bulk. The open-edged graphene with a large corrugation allows some space between graphene and h-BN sheet. Therefore, atoms or molecules can be intercalated between them. We have considered various types of atoms for intercalation. The atoms are initially placed at the edge of the GNR or inserted in between GNR and h-BN sheet to find the effect of intercalated atoms on the atomic and electronic structure of graphene. We find that the impurity atoms at the edge of GNR are more stable than in between GNR and h-BN sheet for all cases considered. The nickel atom has the lowest energy difference of ~0.2 eV, which means that it is relatively easy to intercalate the Ni atom in this structure. Finally, the magnetic properties of intercalated atoms between GNR and h-BN sheet are investigated.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.658-658
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2013
Graphene is an attractive material for various device applications due to great electrical properties and chemical properties. However, lack of band gap is significant hurdle of graphene for future electrical device applications. In the past few years, several methods have been attempted to open and tune a band gap of graphene. For example, researchers try to fabricate graphene nanoribbon (GNR) using various templates or unzip the carbon nanotubes itself. However, these methods generate small driving currents or transconductances because of the large amount of scattering source at edge of GNRs. At 2009, Bai et al. introduced graphene nanomesh (GNM) structures which can open the band gap of large area graphene at room temperature with high current. However, this method is complex and only small area is possible. For practical applications, it needs more simple and large scale process. Herein, we introduce a photosensitive graphene device fabrication using CdSe QD coated nano-porous graphene (NPG). In our experiment, NPG was fabricated by thin film anodic aluminum oxide (AAO) film as an etching mask. First of all, we transfer the AAO on the graphene. And then, we etch the graphene using O2 reactive ion etching (RIE). Finally, we fabricate graphene device thorough photolithography process. We can control the length of NPG neckwidth from AAO pore widening time and RIE etching time. And we can increase size of NPG as large as 2 $cm^2$. Thin CdSe QD layer was deposited by spin coatingprocess. We carried out NPG structure by using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). And device measurements were done by Keithley 4200 SCS with 532 nm laser beam (5 mW) irradiation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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