石墨烯及其相關(guān)結(jié)構(gòu)的生長和性質(zhì)研究.pdf

1、因為其獨特的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì),比如半整數(shù)量子霍爾效應(yīng),電阻的量子化,和室溫下長彈道的平均自由程等,石墨烯吸引了很多理論研究和實驗研究的關(guān)注。極高的載流子遷移率和化學(xué)摻雜的可能性使它成為未來電子器件的潛在的結(jié)構(gòu)單元。在密排金屬晶格上外延生長的石墨烯,有著均勻的周期性超結(jié)構(gòu),而且在高溫下也很穩(wěn)定,這使其成為納米結(jié)構(gòu)工程的很好的候選模板。可以在石墨烯襯底上生長有序的單分散的金屬的納米結(jié)構(gòu),這在超高密度信息存儲,催化作用,傳感等方面有著巨大的應(yīng)用

2、前景。
　　 論文首先利用掃描隧道電鏡(STM)技術(shù)對石墨烯在Ru(0001)襯底上的CVD(直接把熱的樣品Ru曝露在乙炔氣體中)生長和HTS(體溶解碳的偏析)生長兩種方法進行了比較性研究。在CVD過程中,生長參數(shù),熱Ru(0001)表面在乙炔中的曝露時間,在石墨烯形成中起到了重要的作用。在HTS中,更小的超結(jié)構(gòu)在石墨烯島的邊緣區(qū)域被普遍觀察到。我們認為這些超結(jié)構(gòu)是石墨烯生長過程中的中間態(tài)。
　　 其次,利用掃描隧道電鏡

3、,研究了Ru(0001)襯底上石墨烯的生長和隨后的氧化過程。當樣品溫度為1000 K時,乙炔可以在Ru(0001)上分解形成石墨烯覆蓋層。石墨烯層和襯底的晶格失配導(dǎo)致了周期為30(A)摩爾條紋的形成。石墨烯的氧化通過823 K下把樣品曝露氧氣中來實現(xiàn)。初始階段,在臺階邊緣氧插入到石墨烯層和襯底之間,且在低臺階邊緣擴展。結(jié)果,摩爾條紋在graphene／O／Ru(0001)區(qū)域消失。氧的插層導(dǎo)致石墨烯層從襯底的分離。氧進一步地插層,在石墨

4、烯表面產(chǎn)生了皺褶的隆起。石墨烯的氧化或者說碳原子的移除,是在碳原子和氧原子結(jié)合形成揮發(fā)性產(chǎn)物的基礎(chǔ)上發(fā)生的。最后,當整個石墨烯層都被氣化,觀察到Ru(0001)-(2×1)O相。
　　 另外,通過石墨烯在Ru(0001)上的模板效應(yīng),生長了尺寸規(guī)則的Co納米團簇,并對其形態(tài)和性質(zhì)進行了研究。在室溫下,在低覆蓋度時,Co納米團簇同時在石墨烯摩爾條紋的fcc區(qū)域和hcp區(qū)域成核。Co在石墨烯上形成分散的3D團簇,增加覆蓋度時沒有觀察

5、到明顯的有序的Co納米團簇。Co納米團簇的尺寸是可以調(diào)制的。473 K時Co／graphene／Ru(0001)退火導(dǎo)致Co插入到石墨烯層和Ru(0001)襯底之間。
　　 當樣品溫度保持在873 K時,Co原子插層到石墨烯層下面,形成了大片的平面的不規(guī)則島。Co的插層可以歸因于Co在臺階邊緣和晶格位錯處的擴散。graphene／Co／Ru(0001)在形貌上具有摩爾條紋結(jié)構(gòu),和graphene／Ru(0001)上的一致。覆蓋在