《金屬表面石墨烯的可控生長、表征、與電學性質研究》是依託北京師範大學，由何林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬表面石墨烯的可控生長、表征、與電學性質研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：何林
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
二維石墨烯量子體系由於其高電子遷移率、新奇的能帶結構、易調控的電學性質,將有可能在下一代電子器件中有廣泛的套用, 因此受到人們的廣泛關注。本課題將系統地開展金屬表面單、雙層石墨烯的可控生長和表征, 研究不同金屬襯底(Pt,Rh,Ru,Cu,和Ni等)對石墨烯生長的影響, 並利用低溫掃描隧道顯微鏡(STM)和輸運測量研究單、雙層石墨烯的電子能帶結構和電學性質。本課題擬以不同金屬表面對單、雙層石墨烯的結構的影響來調控石墨烯的電學性質, 例如通過應力改變石墨烯晶格結構、雙層石墨烯之間扭轉角的變化、原子缺陷的引入等調控石墨烯的新奇量子性質。本課題的研究將深入理解石墨烯量子體系中電子結構和電學性質被調製的物理原因,實現基於石墨烯的各種基本功能電子器件，為石墨烯在未來微納電子器件中的套用提供實驗和理論上的支持。
結題摘要
項目背景：金屬襯底對石墨烯結構和性質預期有較大的影響，但相關方面的實驗工作一直沒有深入開展，所以我們系統開展了相關方面的研究。 主要研究內容：我們發展了一整套方法在不同金屬表面生長石墨烯，得到了不同層數和堆垛方式的石墨烯體系，並研究了這些石墨烯體系的新奇物理性質。 重要結果、關鍵數據及其科學意義：我們重點在雙層有轉角石墨烯、應變石墨烯和不同堆垛的多層石墨烯的結構與性質研究方面取得了一系列研究成果，簡單介紹如下： （一）雙層有轉角石墨烯研究方面：我們深入系統地研究了小轉角雙層石墨烯的結構和電學性質，發現在轉角為1.1度的樣品中電子被Moire條紋形成的周期勢所限制，在費米面處形成了一個平帶，意味著電子的費米速度降為0 m/s。這是首次在凝聚態材料體系里觀察到non-Abelian規範勢，這一發現也預示著可以通過轉角很好的調製石墨烯的電學性質；我們系統測量了不同轉角雙層石墨烯的朗道量子化，深入研究了其費米速度隨轉角以及耦合強度的關係，證明轉角和耦合強度都可以極大地影響該體系的物理性質，澄清了文獻中對該體系存在廣泛爭議的一些結果。 （二）應變石墨烯研究方面：我們通過外加強磁場測量應變石墨烯的朗道量子化，通過其朗道量子化的研究定量地證明應變石墨烯中存在著很強的電子-空穴不對稱，並指出這一不對稱行為來源於應變誘導的次近鄰耦合增強；在應變石墨烯中，非均勻的應變會產生贗磁場，這一贗磁場類似於磁場中的軌道場部分，但沒有破壞時間反演對稱性，在石墨烯的兩個谷（valley）中是大小相等方向相反的，如果同時有外加磁場的存在，則真實磁場和贗磁場共同作用下能實現谷極化的朗道量子化，我們首次在實驗上測量到了這一谷極化的朗道量子化現象。 （三）不同堆垛的多層石墨烯研究方面：我們深入系統地測量了單層石墨烯、雙層AB堆垛石墨烯、三層ABA、ABC堆垛石墨烯的朗道量子化行為，指出在單層石墨烯中只有無質量Dirac費米子，在雙層AB堆垛石墨烯只有有質量Dirac費米子，而三層ABA堆垛石墨烯中無質量Dirac費米子與有質量Dirac費米子共存。我們系統測量了雙層石墨烯中的AB-BA疇壁，三層石墨烯ABA-ABC疇壁的結構和新奇電學性質。
