一种复合掺杂方式调控石墨烯载流子浓度以及悬浮石墨烯等离激元的研究
发布时间：2022-01-08 23:23
单层石墨烯是由sp2杂化的碳原子组成的,具有六角蜂巢状晶格结构,并且石墨烯表现出线性的能量色散关系,也就是能量E正比于动量k。特殊的结构也使石墨烯具有很多优异的性质,例如电子输运中的量子反常霍尔效应和克莱因隧穿。石墨烯的一个非常大的优点是其载流子浓度极易调控,目前也已经发展出了很多载流子浓度的调控方法（栅压、离子液体、化学掺杂、表面吸附、光照等）。栅压是应用最广的一种手段,而在实际应用或实验研究中,栅压也有一定的局域性。一些电路设计、测试仪器中并不能承受几十甚至上百伏的高压。在轻敲模式的AFM、SNOM测试中,较高的栅压会使得针尖不能顺利进针扫描。最近报道的一种电子束辐照掺杂的方式,可以局域的改变石墨烯载流子浓度,但调控范围较窄。这篇论文应用硝酸（HNO3）掺杂结合电子束辐照的复合方式,可以较大范围并且连续调控石墨烯载流子浓度。通过分析扫描近场光学显微镜（SNOM）和电输运测试结果,我们发现此复合方式可以将石墨烯载流子浓度从2.08× 1013 cm-2调控至-1.49×1012 cm-2,效果相当于常用的300nm二氧化硅介电层321 V的栅压改变。且这种掺杂方式可以通过局域的曝光进...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２石墨烯构建的其他维度碳材料，引自文献丨３］??
??第１章绪论???１．２石墨烯的简介??１．２．１石墨烯的晶格和能带结构??石墨烯是由ｓｐ２杂化碳原子组成的六角蜂窝状二维材料，碳原子的原子核外??电子轨道排布为：ｌｓ２２ｓ２２ｐ２，当形成石墨烯时，２ｓ轨道上的一个电子被激发到??２ｐ轨道上，导致２ｓ，２ｐｘ，２巧形成面内ｓｐ２杂化，碳原子与周围两个碳原子互成??１２０。形成共价键，Ｃ－Ｃ之间的〇键的长度为１．４埃，构成了稳定的平面结构。而??垂直平面的ｐｚ轨道上电子是离域的，这些电子构成了垂直石墨烯平面的大７１键，??决定了石墨烯的电学性质。石墨烯的电子云结构如图所示Ｌ３（ａ）所示。??石墨烯是由Ｃ原子组成的正六边形结构，相邻两个Ｃ原子不等价，相当于??两套三角形晶格构成的复式晶格（图１．３（ｂ）中的蓝色和黄色晶格）。晶格基矢为：??ａ，－－（３，Ｖ３）?，?ａ２＝－＾（３，－Ｖ３）?（１－１）??２?２??其对应的倒格矢为：??？?ｂ２?＝?—?（ｌ，－＼／３）?（１－２）??１?３ａ?３ａ??石墨烯中特别重要的两个狄拉克点分别是Ｋ和ＩＣ点，如图１．３（ｃ）它们在布里渊区??的位置分别是：??夂＝（竺，冬），反－＝（竺，－年）?（１－３）??３ａ?３ａ?３ｙｊ３ａ??Ｖ?ａｒ－＇?Ｉ?＼?？＇??图１．３石墨烯的晶格结构和布里渊区，引自文献丨３］?（ａ）石墨烯碳原子的ｓｐ２轨道杂化：０＞）??石墨烯的基本晶格结构；（ｃ）石墨烯的布里渊区。??３??
?第１章绪论???ｖ？Ｍ（Ｔ？ｄｒ＇）??．減３１?／?－?－?１〇??＼ｊ?ｙ．ｐ?ｒ??＿?ｓＰ＾ｓｒ?＇＇?＼ｊ?－??—００?－６０?Ｃ?ＳＣ?１００?－?－?＿１〇??图１．６霍尔电极示意图及对应的电输运测量结果，引自文献ｍ??在ｒｓ?＝?０附近，电导率（Ｊ也趋于零，存在最小电导，对于正、负栅压Ｆｇ，??ｇ?ｈ?８??电导率〇都随匕线性变化，而霍尔系数／？！＾在４＝０两侧改变符号，正、负栅压??下的载流子分别为电子和空穴。二维量子霍尔效应在凝聚态物理中有很重要的地??位。通过Ｄｉｒａｃ方程来求解在垂直磁场下石墨稀载流子的Ｌａｎｄａｕ能级，结果为：??Ｅｎ＝＼＾ｆ２ｂ［ｎ?＋?＼±＾＼??Ｖ?Ｖ?２?＂?（１－８）??ｓｔ?ｆｔ??！?＾：：ｌ?－??ｎ？?１?广??Ｅ，???＼???ＤＯＳ?ｈ、－，??ｎ＝ｒ－１?ｒ￣??．广??ｎ?＝？?－＾３??图丨．７?Ｌａｎｄａｕ能级态密度分布以及对应的Ｈａｌｌ电阻平台??这里的Ｌａｎｄａｕ能级之间并不是等间距的。其中正、负号表示两个赝自旋。??最低的朗道能级Ｅ＝０．对应于Ｎ＝０，即只能由赝自旋向下的费米子填充，而其他??更高的朗道能级（对应Ｎ＾ｌ）可以由两种赝自旋的费米子同时填充。因此，Ｅ＝０??的朗道能级的简并度是其他能级的一半。??６??
本文编号：3577473
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２石墨烯构建的其他维度碳材料，引自文献丨３］??
??第１章绪论???１．２石墨烯的简介??１．２．１石墨烯的晶格和能带结构??石墨烯是由ｓｐ２杂化碳原子组成的六角蜂窝状二维材料，碳原子的原子核外??电子轨道排布为：ｌｓ２２ｓ２２ｐ２，当形成石墨烯时，２ｓ轨道上的一个电子被激发到??２ｐ轨道上，导致２ｓ，２ｐｘ，２巧形成面内ｓｐ２杂化，碳原子与周围两个碳原子互成??１２０。形成共价键，Ｃ－Ｃ之间的〇键的长度为１．４埃，构成了稳定的平面结构。而??垂直平面的ｐｚ轨道上电子是离域的，这些电子构成了垂直石墨烯平面的大７１键，??决定了石墨烯的电学性质。石墨烯的电子云结构如图所示Ｌ３（ａ）所示。??石墨烯是由Ｃ原子组成的正六边形结构，相邻两个Ｃ原子不等价，相当于??两套三角形晶格构成的复式晶格（图１．３（ｂ）中的蓝色和黄色晶格）。晶格基矢为：??ａ，－－（３，Ｖ３）?，?ａ２＝－＾（３，－Ｖ３）?（１－１）??２?２??其对应的倒格矢为：??？?ｂ２?＝?—?（ｌ，－＼／３）?（１－２）??１?３ａ?３ａ??石墨烯中特别重要的两个狄拉克点分别是Ｋ和ＩＣ点，如图１．３（ｃ）它们在布里渊区??的位置分别是：??夂＝（竺，冬），反－＝（竺，－年）?（１－３）??３ａ?３ａ?３ｙｊ３ａ??Ｖ?ａｒ－＇?Ｉ?＼?？＇??图１．３石墨烯的晶格结构和布里渊区，引自文献丨３］?（ａ）石墨烯碳原子的ｓｐ２轨道杂化：０＞）??石墨烯的基本晶格结构；（ｃ）石墨烯的布里渊区。??３??
?第１章绪论???ｖ？Ｍ（Ｔ？ｄｒ＇）??．減３１?／?－?－?１〇??＼ｊ?ｙ．ｐ?ｒ??＿?ｓＰ＾ｓｒ?＇＇?＼ｊ?－??—００?－６０?Ｃ?ＳＣ?１００?－?－?＿１〇??图１．６霍尔电极示意图及对应的电输运测量结果，引自文献ｍ??在ｒｓ?＝?０附近，电导率（Ｊ也趋于零，存在最小电导，对于正、负栅压Ｆｇ，??ｇ?ｈ?８??电导率〇都随匕线性变化，而霍尔系数／？！＾在４＝０两侧改变符号，正、负栅压??下的载流子分别为电子和空穴。二维量子霍尔效应在凝聚态物理中有很重要的地??位。通过Ｄｉｒａｃ方程来求解在垂直磁场下石墨稀载流子的Ｌａｎｄａｕ能级，结果为：??Ｅｎ＝＼＾ｆ２ｂ［ｎ?＋?＼±＾＼??Ｖ?Ｖ?２?＂?（１－８）??ｓｔ?ｆｔ??！?＾：：ｌ?－??ｎ？?１?广??Ｅ，???＼???ＤＯＳ?ｈ、－，??ｎ＝ｒ－１?ｒ￣??．广??ｎ?＝？?－＾３??图丨．７?Ｌａｎｄａｕ能级态密度分布以及对应的Ｈａｌｌ电阻平台??这里的Ｌａｎｄａｕ能级之间并不是等间距的。其中正、负号表示两个赝自旋。??最低的朗道能级Ｅ＝０．对应于Ｎ＝０，即只能由赝自旋向下的费米子填充，而其他??更高的朗道能级（对应Ｎ＾ｌ）可以由两种赝自旋的费米子同时填充。因此，Ｅ＝０??的朗道能级的简并度是其他能级的一半。??６??
本文编号：3577473
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