Fabricación de puerta-sintonizables grafeno dispositivos de escaneo de Estudios microscopía de efecto túnel con Coulomb impurezas

Resumen

Este artículo detalla el proceso de fabricación de un dispositivo de grafeno sintonizable por puerta, decorado con impurezas de Coulomb para estudios de microscopía de efecto túnel de barrido. El mapeo de la estructura electrónica espacialmente dependiente del grafeno en presencia de impurezas cargadas revela el comportamiento único de sus portadores de carga relativistas en respuesta a un potencial de Coulomb local.

Resumen

Debido a sus relativistas portadores de carga de baja energía, la interacción entre el grafeno y diversas impurezas da lugar a una gran cantidad de nueva física y grados de libertad para controlar dispositivos electrónicos. En particular, el comportamiento de los portadores de carga del grafeno en respuesta a los potenciales de las impurezas cargadas de Coulomb se prevé que diferir significativamente de la de la mayoría de los materiales. Microscopía de efecto túnel (STM) y espectroscopía de efecto túnel (STS) pueden proporcionar información detallada tanto de la dependencia espacial y la energía de la estructura electrónica del grafeno en presencia de una impureza cargada. El diseño de un dispositivo de impurezas grafeno híbrido, fabricado usando la deposición controlada de impurezas en una superficie de grafeno back-privada, ha permitido a varios métodos nuevos para las propiedades electrónicas del grafeno controlable tuning. ^1-8 electrostática gating permite el control de la densidad de portadores de carga en el grafeno y la capacidad de REVERSIsintonizar blemente la carga ² y / o moleculares ⁵ estados de impureza. En este trabajo se describe el proceso de fabricación de un dispositivo de grafeno-gate sintonizable decorado con impurezas Coulomb individuales para STM / STS estudios combinados. ^2-5 Estos estudios proporcionan información valiosa sobre la física subyacente, así como indicaciones para el diseño de dispositivos de grafeno híbridos.

Introducción

El grafeno es un material de dos dimensiones con una estructura de bandas lineal única, que da lugar a sus propiedades eléctricas, ópticas y mecánicas excepcionales. ^1,9-16 Sus portadores de carga de baja energía se describen como relativistas, los fermiones de Dirac sin masa ^15, cuya comportamiento difiere significativamente de la de portadores de carga no relativistas en los sistemas tradicionales. ^15-18 deposición controlada de una variedad de impurezas en el grafeno proporciona una plataforma versátil simple para estudios experimentales de la respuesta de estos portadores de carga relativistas a una serie de perturbaciones. Las in....

Protocolo

1. Pulido electroquímico de un Cu Foil ^22,23

Nota: electroquímico de pulido expone desnudo superficie Cu para el crecimiento de grafeno mediante la eliminación de la capa protectora de la superficie y controla la densidad de semillas crecimiento.

1. Preparar una solución de pulido electroquímico mediante la mezcla de 100 ml de agua ultra-pura, 50 ml de etanol, 50 ml de ácido fosfórico, 10 ml de isopropanol y 1 g de urea.
2. Cortar Cu lámina en múltiples 3 cm por 3 cm láminas. Nota: Cada lámina sirve, ya sea como un ánodo o un cátodo.
3. Configurar el ánodo / cátodo por el recorte de una lámina de Cu vertic....

Resultados

La Figura 1 ilustra un esquema de un dispositivo de grafeno back-cerrada. Wire-unión de Au / Ti contacto a un UHV motivos placa de muestra de grafeno eléctricamente, mientras que el alambre de unión de Si mayor a un electrodo que se conecta a un circuito externo copias de puertas dispositivo. Por back-gating un dispositivo, un estado de carga de una impureza Coulomb a un sesgo de muestra dada (que es controlado por la punta del STM) se puede ajustar a un estado de carga diferente. ^2-4

Discusión

Para la caracterización STM, objetivos críticos de la fabricación del dispositivo de grafeno incluyen: 1) hacer crecer grafeno monocapa con un número mínimo de defectos, 2) obtener una grande, limpio, uniforme, y la superficie de grafeno continua, 3) el montaje de un dispositivo de grafeno con alta resistencia entre el grafeno y la puerta (es decir, no "pérdida en la puerta"), y 4) depositar impurezas individuales Coulomb.

El primer objetivo se rige por el proceso CVD, dur.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Papel de aluminio	Alfa Aesar	CAS # 7440-50-8 Lote # F22X029 Stock # 13382	99.8% Cu
Scotch Cinta Mágica	Scotch®	N/A	para la exfoliación de hBN
PMMA	Micro Chem	M23004 0500L 1GL	A4
Cuchara resistente a FeCl3	Bel-Art ScienceWare	367300015	Cuchara química de doble punta recubierta de PTFE, 15 cm de longitud
FeCl3 (aq)	Ricca Chemical	3127-16	40% c/v
SiO2/Si(100) Chip	NOVA Electric Materiales	HS39626-OX	n/a
h-BN	K. Watanabe y T. Taniguchi Grupo	Contacto el grupo	hexagonal japonés BN (JBN)
Au(111)	Agilent Technologies	N9805B-FG	Au(111) epitaxialmente cultivado en mica
Zafiro	Ferritas de precisión & Cerámica, S.A.	Contactar al proveedor	P/N Sapphire Chips 0.22 x 0.125 x 0.015"
Ca fuente	Trace Sciences International Corp.	AS-3-Ca-5-S	n/a
Cu(100)	Princeton Scientific Contactar	proveedor	Cu(100) metano monocristalino
	Praxair, Inc.	ME 5.0RS-K	Gas precursor del crecimiento del grafeno
Hidrógeno	Praxair, Inc.	HY 6.0RS-K	Gas precursor del crecimiento del grafeno