《襯底作用下石墨烯的缺陷和輸運性質的理論研究》是依託清華大學，由周剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：襯底作用下石墨烯的缺陷和輸運性質的理論研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：周剛
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
石墨烯具有許多優良的電子性質（如高的電子平均自由程和載流子遷移率），和高的熱穩定性，在未來的納電子器件與積體電路等領域有著重要的套用前景。利用（SiC 和金屬）襯底製備高質量大尺度石墨烯是當前石墨烯研究領域的一個主要挑戰。本研究從微觀電子結構理論和晶體生長動力學模型出發，結合實驗測量，探討襯底屬性和結構與襯底-（緩衝層）-石墨烯層間、多晶石墨烯疇間相互作用之間的關係，進一步明確襯底的存在對大尺度石墨烯生長和質量（缺陷）、多晶石墨烯晶界（缺陷鏈）的產生和結構的影響。提出物理模型，並發展相關計算方法，揭示襯底作用下石墨烯電子和輸運性質，及與雜質、缺陷、外場的相互作用規律，探究缺陷結構－電子性質－物理性能－器件套用之間的內稟關係，提出性能調控手段和從襯底上解離石墨烯方法，解釋實驗現象及其物理機制，為實現基於大尺度石墨烯的新型納電子器件和電路設計提供理論指導。
結題摘要
優良的電子性質和高的熱穩定性確保石墨烯在未來的納電子器件與積體電路等領域有著重要的套用前景。解離SiC 和金屬襯底上大尺度石墨烯並實現性能調控用作電子器件是當前石墨烯研究領域的一個主要挑戰。從內應力分布、電子效應和幾何效應等方面，本研究利用第一原理計算探索缺陷和摻雜原子類型、數量和分布對緩衝層或石墨烯-襯底作用和電子性質的影響，提出了一個“層間摻雜調製”方法，給出斷鍵解離機制。F、過渡金屬和貴金屬呈現出不一樣的解離效果和方式，以及調製性能。例如，F誘發磁性、Rh出現自發極化、Mn摻雜出現d電子特性的Dirac cone。而載流子遷移率基本上不改變。這個層間摻雜改性機理為下一步製備納電子器件提供理論支持。在模擬晶界形成中，動力學再現小角度緊密晶界、多孔結構到大角度疏鬆晶界的演化過程，分析晶界附近內應力分布，給出沿晶斷裂模型，確定原子點缺陷和孔洞是多晶石墨烯沿晶斷裂的源頭。利用共軛π電子與孔洞電子態間的耦合作用可以實現與外界活性基團間的吸附活化，既為分割大片石墨烯提供合適手段，也為功能性分解和探測活性基團或分子（如尾氣NO2）提供可能的淨化和感測器件。研究大角度疏鬆晶界中摻雜Fe原子鏈和缺陷效應誘發磁性機制，和石墨烯中準一維條件下實現磁有序態的可行性。解釋和預測相關的實驗現象，探討物理機制，為實現基於大尺度石墨烯的新型功能性納電子器件的設計和發展提供理論指導。
