石墨烯与第二类超导体及铁磁绝缘体间的磁近邻效应研究
本文关键词：石墨烯与第二类超导体及铁磁绝缘体间的磁近邻效应研究 出处：《中国科学技术大学》2017年博士论文 论文类型：学位论文
更多相关文章： 二维材料 石墨烯 近邻效应 量子输运 弱局域化 磁通涡旋线 动力学过程 迁移率 库伦屏蔽 反常霍尔效应 自旋轨道耦合 交换场
【摘要】：石墨烯是由单层碳原子基于sp~2杂化组成的六角蜂巢结构,是除了三维的金刚石、石墨和无定形碳,零维的富勒烯,以及一维的碳纳米管之外,碳元素的二维同素异形体。石墨烯的晶格结构是分别由不等价的A位原子和B位原子单独组成的两套三角格子组成的复式格子,其中A位原子和B位原子之间具有空间反演对称性,这使得石墨烯的能带结构中包含两套能量上简并,但是并不等价的能谷(K和K'),从而石墨烯中的电子具有额外的能谷自由度;石墨烯的价带和导带在K和K'点接触,从而载流子可为空穴或电子;在靠近K和K'点,石墨烯的能带色散关系是线性的,需要用狄拉克方程描述;电子的费米速度vF=106m/s,展现出相对论效应。总的来说,不同于传统半导体二维电子气,石墨烯是一种具有手性特征和相对论效应的狄拉克半金属。从而,石墨烯中展现出了许多独特的物理效应,如双极性输运、半整数量子霍尔效应和Klein隧穿等。作为天然的二维材料,石墨烯因诸多优异的电、光、力、热性能,具有广泛的应用前景。但是,也有一些特征使得石墨烯的应用受到很大的限制,比如零能隙限制了其在场效应管方面的应用,没有本征的自旋极化的电子限制了其在磁电子学上的应用,极弱的本征自旋耦合限制了其在自旋电子学方面的应用等。因此,如何调控石墨烯的这些特征,是当下的研究热点。本论文基于这一目的,围绕衬底和石墨烯间的近邻效应,研究了以二类超导体NbSe2薄片作为衬底,以及以铁磁绝缘的EuS薄膜作为覆盖层对石墨烯的电磁输运性质的影响。本论文结构安排如下:第一章,首先简要介绍了石墨烯的晶体结构、能带结构和制备方法。随后,简单介绍了石墨烯的一些基本电输运特性,以及和本论文相关的一些物理基础。第二章,简述了样品和器件的制备方法,以及器件的测量方法。主要包括二维材料的解理和定点转移技术,微纳加工技术,样品表征技术以及器件测量系统和测量方法。第三章,我们构建了 Graphene/Al_2O_3/NbSe_2复合结构,研究了二类超导体NbSe2中的磁通涡旋线的动力学过程对石墨烯的量子输运的影响。当温度低于NbSe2的超导转变温度时,在低磁场范围,在石墨烯的纵向电阻率随磁场的变化曲线上,出现了非对称的磁致电阻率平台和磁滞行为。这一磁致电阻率平台和磁滞回线,来源于单晶NbSe2薄片边缘处的缺陷对磁通涡旋线的钉扎效应。第四章,我们制备了 EuS/Graphene复合结构,研究了铁磁绝缘体EuS对石墨烯电输运性质的影响。通过改善器件制备技术,包括低温(～80K)下在石墨烯上沉积EuS,和采用对石墨烯无污染的电极制备方法,EuS/Graphene器件中载流子的迁移率在低温下高达～18000-26000 cm2V-1s-1,是普通石墨烯器件中的3～4倍。第五章,我们通过非局域测量方法,分别研究了 EuS/Graphene器件中的自旋轨道耦合作用和交换场。零磁场下,我们没有观测到基于自旋轨道耦合作用的自旋霍尔效应引起的的非局域信号,这说明在EuS和Graphene的复合结构中,石墨烯的自旋轨道耦合作用并没有被增强。而存在外加磁场时,我们观测到EuS/Graphene器件中的非局域信号要比BN/Graphene参照器件中的非局域信号更强,并且随磁场增长速度更快。基于Zeeman自旋霍尔效应理论,我们计算得到温度为1.5 K,外磁场为2.5 T时,通过磁近邻效应在EuS/Graphene器件中的石墨烯中引入的交换场可达3 T。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O469
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期
2 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期
3 万勇;马廷灿;冯瑞华;黄健;潘懿;;石墨烯国际发展态势分析[J];科学观察;2010年03期
4 李宗红;;石墨烯——二维碳的奇妙世界[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2010年04期
5 常艳丽;陈胜;曹傲能;;压力促进氧化石墨烯水热还原反应的机理[J];上海大学学报(自然科学版);2010年06期
6 李娜;;石墨烯取代硅,前景预测被批乐观[J];科技导报;2011年16期
7 刘霞;;神奇材料石墨烯[J];今日科苑;2011年14期
8 张文毓;全识俊;;石墨烯应用研究进展[J];传感器世界;2011年05期
9 刘霞;;石墨烯:硅的“终结者”?[J];发明与创新(综合科技);2011年09期
10 ;科学家观察到石墨烯内电子间相互作用[J];黑龙江科技信息;2011年27期
相关会议论文 前10条
1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第3分册）[C];2010年
4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年
5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年
6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
相关重要报纸文章 前10条
1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年
2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年
3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年
4 本报记者 李好宇 张們捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年
5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年
6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年
7 记者 谢荣 通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年
8 本报记者 纪爱玲;石墨烯：市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年
9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年
10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年
相关博士学位论文 前10条
1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年
2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年
3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年
4 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年
5 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年
6 姜丽丽;石墨烯及其复合薄膜在电极材料中的研究[D];西南交通大学;2015年
7 姚成立;多级结构石墨烯/无机非金属复合材料的仿生合成及机理研究[D];安徽大学;2015年
8 伊丁;石墨烯吸附与自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2015年
9 梁巍;基于石墨烯的氧还原电催化剂的理论计算研究[D];武汉大学;2014年
10 王义;石墨烯的模板导向制备及在电化学储能和肿瘤靶向诊疗方面的应用[D];复旦大学;2014年
相关硕士学位论文 前10条
1 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年
3 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年
4 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年
5 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年
6 黄凌燕;石墨烯拉伸性能与尺度效应的研究[D];华南理工大学;2012年
7 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年
8 雷军;碳化硅上石墨烯的制备与表征[D];西安电子科技大学;2012年
9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年
10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年
，本文编号：1336553
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/1336553.html
