利用显微拉曼光谱对悬浮石墨烯进行全光学鼓泡测试

我们报告了一项关于加压悬浮石墨烯膜的综合性显微拉曼研究，该石墨烯膜气密性地密封了刻蚀在 Si/SiO$_2$ 衬底上的圆形凹坑。将样品置于均匀压力载荷下会导致石墨烯膜鼓起，并由于拉伸应变导致主要拉曼特征软化。在此类微腔中，拉曼特征的强度非常敏感地依赖于石墨烯膜与作为腔体底镜的 Si 衬底之间的距离。因此，对 G 模和 2D 模特征强度随压力载荷变化的空间分辨分析，允许直接重构鼓泡轮廓。随后推导出每个压力载荷下的平均应变，并确定拉曼 G 模和 2D 模的 Gr"{u}neisen 参数分别为 $1.8\pm0.2$ 和 $2.4\pm0.2$。此外，测得的鼓泡高度与压力载荷的立方根成正比，这与理论预测一致。对该标度关系的验证提供了一种纯光学的、即非接触且微创的方法，用于直接且准确地测定石墨烯的杨氏模量。我们发现单层石墨烯的杨氏模量为 $(1.05\pm 0.10) \rm TPa$，与之前的纳米压痕测量结果完美吻合。这种全光学方法为利用石墨烯进行压力传感开辟了途径，并可轻易适配于其他新兴二维材料和纳米谐振器。