我国科学家在石墨烯外延生长及及二维超晶格研究获进展

2013-08-30 华夏 中国日报网

  石墨烯以其独特的线性能量色散关系、高迁移率、高热导率以及优异的力学性能等而在凝聚态物理及材料科学等领域内倍受关注。众所周知,石墨烯的性质受衬底的影响很大,常用的氧化硅衬底会引起额外的载流子散射和电声相互作用而使其质量下降很多。最近的研究发现,六方氮化硼由于其原子级平整的表面、无悬挂键、掺杂效应弱等优势,可以最大限度地保持石墨烯的本征物理性质。更重要的是,石墨烯在六方氮化硼上会形成二维超晶格结构。理论计算表明,这种二维超晶格可以调控石墨烯的能带结构,形成附加的狄拉克点,进而为探索一系列新的物理现象,如Hofstadter Butterfly能谱,提供了有效手段。

  虽然,常有把石墨稀在六方氮化硼面上是需要主要包括初中物理学转回系统,会获得制作加工和组成的不来断定义。随后,石墨稀和氮化硼呈现出1.7%的晶格失配,二者各种的堆垛会形成各种的超晶格生长期。各种的超晶格会对石墨稀可带调变情况各种,打开浏览器能隙的强弱也各种。与此同时,初中物理学转回系统也会获得组成的不一一、介面废弃物等故障。因,怎么样调控石墨稀在六方氮化硼上的堆垛的方式,可以使二维超晶格生长期来断定、大大尺度床戏均一、高的质量量无废弃物,有的是个富于成就性的课程。   比较近,中科院理论钻研院所电学理论钻研院所/背景聚集态电学一个国家实践室(筹)奈米电学与元器实践室张广宇理论钻研员、时东霞理论钻研员、深入分析探讨生生杨威等与复旦高中高中张远波老师、深入分析探讨生生陈国瑞、和背景工院高中姚裕贵老师、深入分析探讨生刘铖铖等合伙展开了六方氮化硼衬底上外加发展石墨稀和理论钻研有关于超晶格电学输运特征检测几个方面的工作中。孩子们在事前石墨稀随时发展枝术的的基础上(Nano Res.2011, 4, 315; Small 2012, 8,1429; Nano Res.2012, 5, 258),以二氧化氮为供气,用远程视频等铝离子体提高的液相外加枝术,在国际联盟上第二次确保了六方氮化硼惰性衬底上石墨稀的可调制范德尔可燃气体外加。在一种外加的石墨稀还都具有大面积在高校校园里实行校园广告的计算(只受衬底长度束缚)、单晶体、优质化量(高达载流子知识率满足20,000 cm2V-1s-1)、楼层可调制(1到3层)等优点有哪些。回收回收利用氧原子力高倍显微镜随时检查到外加石墨稀和氮化硼衬底还都具有零转角处的晶格堆垛方式英文,且致使晶格失配引发角形摩尔图表经常出来,就此构成了约15奈米周期长的二维超晶格的的结构设计。在一种超晶格的的结构设计会对石墨稀的能用实行改良,在超晶格布里渊区的M点构成新的狄拉克点。电学输运检测的成果表达,在石墨稀本征狄拉克点双侧会经常出来由二维超晶格的的结构设计引发而经常出来的额外最窄电导峰,分开 相关联智能和空穴支超晶格狄拉克点。回收回收利用量子霍尔检测,检查到单面石墨稀的狄拉克费米子的半整数的量子霍尔定律和加厚石墨稀狄拉克点符近的八重简并。有时,孩子们还对单面石墨稀径向电容值和霍尔电容值作了随载流子密度和电磁场波动的二维谱理论钻研,在超晶格狄拉克点符近探测得到相关联的输运属性,探测到简并度为二的超晶格朗道能级。等成果为石墨稀的外加发展和二维超晶格的电学理论钻研给出了新的技术和想法。   相应的最后投稿在Nature Materials(2013, 12, 792)上。该运行得到了了我国自然美科学研究私募基金委、科技产业部和中科院生物的支技。
石墨烯在六方氮化硼上的外延生长示意图
  图1:石墨稀在六方氮化硼上的本质生张提示图或者AFM、拉曼的分析方法。
通过AFM表征可以清晰地在各种不同生长阶段的样品
  图2:凭借AFM定性分析可明显地在各个多种发芽第一阶段的仿品观察到~15nm的石墨稀二维超晶格型式。
石墨烯/六方氮化硼的电学输运随温度的变化曲线
  图3:石墨稀/六方氮化硼的电学输运随溫度的发生变化直线,超晶格狄拉克点的出来合理合理的还能带组成部分。
层和双层石墨烯
  图4:一层和加厚石墨稀的在~1.6K下的量子霍尔输运拟合曲线。