Gate-tunable modulation of the optical properties of multilayer graphene by the reversible intercalation of ionic liquid anions

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作者
Zhi Cai,Indu Aravind,Haley Weinstein,Ruoxi Li,Jiang Wu,Han Wang,Jonathan L. Habif,Stephen B. Cronin
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:132 (9) 被引量:2
标识
DOI:10.1063/5.0093651
摘要

We demonstrate a substantial modulation of the optical properties of multilayer graphene (∼100 layers) using a simple device consisting of a multilayer graphene/polymer electrolyte membrane/gold film stack. Applying a voltage of 3–4 V drives the intercalation of anion [TFSI]− [ion liquid diethylmethyl(2-methoxyethyl)ammonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide [DEME][TFSI]] resulting in the reversible modulation of the properties of this optically dense material. Upon intercalation, we observe an abrupt shift of 35 cm−1 in the G band Raman mode, an abrupt increase in FTIR reflectance over the wavelength range from 1.67 to 5 μm (2000–6000 cm−1), and an abrupt increase in luminescent background observed in the Raman spectra of graphene. All of these abrupt changes in the optical properties of this material arise from the intercalation of the TFSI− ion and the associated change in the free carrier density (Δn = 1020 cm−3). Suppression of the 2D band Raman mode observed around 3 V corresponds to Pauli blocking of the double resonance Raman process and indicates a modulation of the Fermi energy of ΔEF = 1.1 eV.

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