We report the measurement of the thermal conductivity of a suspended single-layer graphene. The room temperature values of the thermal conductivity in the range approximately (4.84+/-0.44)x10(3) to (5.30+/-0.48)x10(3) W/mK were extracted for a single-layer graphene from the dependence of the Raman G peak frequency on the excitation laser power and independently measured G peak temperature coefficient. The extremely high value of the thermal conductivity suggests that graphene can outperform carbon nanotubes in heat conduction. The superb thermal conduction property of graphene is beneficial for the proposed electronic applications and establishes graphene as an excellent material for thermal management.

The authors reported on investigation of the thermal conductivity of graphene suspended across trenches in Si∕SiO2 wafer. The measurements were performed using a noncontact technique based on micro-Raman spectroscopy. The amount of power dissipated in graphene and corresponding temperature rise were determined from the spectral position and integrated intensity of graphene’s G mode. The extremely high thermal conductivity in the range of ∼3080–5150W∕mK and phonon mean free path of ∼775nm near room temperature were extracted for a set of graphene flakes. The obtained results suggest graphene’s applications as thermal management material in future nanoelectronic circuits.

Graphene is nature's thinnest elastic material and displays exceptional mechanical1,2 and electronic properties3,4,5. Ripples are an intrinsic feature of graphene sheets6 and are expected to strongly influence electronic properties by inducing effective magnetic fields and changing local potentials7,8,9,10,11,12. The ability to control ripple structure in graphene could allow device design based on local strain13 and selective bandgap engineering14. Here, we report the first direct observation and controlled creation of one- and two-dimensional periodic ripples in suspended graphene sheets, using both spontaneously and thermally generated strains. We are able to control ripple orientation, wavelength and amplitude by controlling boundary conditions and making use of graphene's negative thermal expansion coefficient (TEC), which we measure to be much larger than that of graphite. These results elucidate the ripple formation process, which can be understood in terms of classical thin-film elasticity theory. This should lead to an improved understanding of suspended graphene devices15,16, a controlled engineering of thermal stress in large-scale graphene electronics, and a systematic investigation of the effect of ripples on the electronic properties of graphene. Ripples in suspended graphene sheets are created in a controlled manner, opening new possibilities for the engineering of graphene's properties.

We investigated the temperature dependence of the frequency of G peak in the Raman spectra of graphene on Si/SiO2 substrates. The micro-Raman spectroscopy was carried out under the 488 nm laser excitation over the temperature range from −190 to +100 °C. The extracted value of the temperature coefficient of G mode of graphene is χ = −0.016 cm-1/°C for the single layer and χ = −0.015 cm-1/°C for the bilayer. The obtained results shed light on the anharmonic properties of graphene.

Graphite intercalation compounds (GICs) have attracted tremendous attention due to their exceptional properties that can be finely tuned by controlling the intercalation species and concentrations. Here, we report for the first time that potassium (K) ions can electrochemically intercalate into graphitic materials, such as graphite and reduced graphene oxide (RGO) at ambient temperature and pressure. Our experiments reveal that graphite can deliver a reversible capacity of 207 mAh/g. Combining experiments with ab initio calculations, we propose a three-step staging process during the intercalation of K ions into graphite: C → KC24 (Stage III) → KC16 (Stage II) → KC8 (Stage I). Moreover, we find that K ions can also intercalate into RGO film with even higher reversible capacity (222 mAh/g). We also show that K ions intercalation can effectively increase the optical transparence of the RGO film from 29.0% to 84.3%. First-principles calculations suggest that this trend is attributed to a decreased absorbance produced by K ions intercalation. Our results open opportunities for novel nonaqueous K-ion based electrochemical battery technologies and optical applications.

We experimentally investigate electrical transport properties of graphene, which is a two dimensional (2D) conductor with relativistic energy dispersion relation. By investigating single- and bi-layer graphene devices with different aspect ratios, we confirm experimentally that the minimum conductivity in wide and short graphene strips approaches the theoretical value of 4e^2/\pi\h. At low temperatures, quantum interference of multiply-reflected waves of electrons and holes in graphene give rise to periodic conductance oscillations with bias and gate voltages. Thus graphene acts as a quantum billiard, a 2D ballistic, phase coherent electron system with long phase coherence length that exceeds 5 microns. Additional features in differential conductance emerge when graphene is coupled to superconducting electrodes. We observe proximity-induced enhanced conductance at low bias, and conductance dips at energy scales far above the superconducting gap of the electrodes. The latter provides preliminary evidence for a novel superconducting material that consists of graphene coated with metallic atoms.

We report on infrared (IR) nanoscopy of 2D plasmon excitations of Dirac fermions in graphene. This is achieved by confining mid-IR radiation at the apex of a nanoscale tip: an approach yielding two orders of magnitude increase in the value of in-plane component of incident wavevector q compared to free space propagation. At these high wavevectors, the Dirac plasmon is found to dramatically enhance the near-field interaction with mid-IR surface phonons of SiO2 substrate. Our data augmented by detailed modeling establish graphene as a new medium supporting plasmonic effects that can be controlled by gate voltage.

In a multi-layer electronic system, stacking order provides a rarely-explored degree of freedom for tuning its electronic properties. Here we demonstrate the dramatically different transport properties in trilayer graphene (TLG) with different stacking orders. At the Dirac point, ABA-stacked TLG remains metallic while the ABC counterpart becomes insulating. The latter exhibits a gap-like dI/dV characteristics at low temperature and thermally activated conduction at higher temperatures, indicating an intrinsic gap ~6 meV. In magnetic fields, in addition to an insulating state at filling factor {\nu}=0, ABC TLG exhibits quantum Hall plateaus at {\nu}=-30, \pm 18, \pm 9, each of which splits into 3 branches at higher fields. Such splittings are signatures of the Lifshitz transition induced by trigonal warping, found only in ABC TLG, and in semi-quantitative agreement with theory. Our results underscore the rich interaction-induced phenomena in trilayer graphene with different stacking orders, and its potential towards electronic applications.

We report a thermoelectric study of graphene in both zero and applied magnetic fields. As a direct consequence of the linear dispersion of massless particles, we find that the Seebeck coefficient Sxx diverges with 1/sqrt[|n_{2D}|], where n_{2D} is the carrier density. We observe a very large Nernst signal S_{xy} ( approximately 50 microV/K at 8 T) at the Dirac point, and an oscillatory dependence of both Sxx and S_{xy} on n_{2D} at low temperatures. Our results underscore the anomalous thermoelectric transport in graphene, which may be used as a highly sensitive probe for impurity bands near the Dirac point.