Fabbricazione di gate-sintonizzabili dispositivi di grafene per effetto tunnel studi di microscopia con Coulomb impurità

Han Sae Jung; Hsin-Zon Tsai; Dillon Wong; Chad Germany; Salman Kahn; Youngkyou Kim; Andrew S. Aikawa; Dhruv K. Desai; Griffin F. Rodgers; Aaron J. Bradley; Jairo Velasco Jr.; Kenji Watanabe; Takashi Taniguchi; Feng Wang; Alex Zettl; Michael F. Crommie

doi:10.3791/52711

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Articolo metodologico

Fabbricazione di gate-sintonizzabili dispositivi di grafene per effetto tunnel studi di microscopia con Coulomb impurità

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DOI:

10.3791/52711

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24 luglio 2015

Han Sae Jung¹^,² , Hsin-Zon Tsai¹ , Dillon Wong¹ , Chad Germany¹ , Salman Kahn¹ , Youngkyou Kim¹^,³ , Andrew S. Aikawa¹ , Dhruv K. Desai¹ , Griffin F. Rodgers¹ , Aaron J. Bradley¹ , Jairo Velasco Jr.¹ , Kenji Watanabe⁴ , Takashi Taniguchi⁴ , Feng Wang¹^,⁵^,⁶ , Alex Zettl¹^,⁵^,⁶ , Michael F. Crommie¹^,⁵^,⁶

¹Department of Physics, University of California at Berkeley, ²Department of Chemistry, University of California at Berkeley, ³Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of California at Berkeley, ⁴National Institute for Materials Science (Japan), ⁵Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, ⁶Kavli Energy NanoSciences Institute, University of California at Berkeley and Lawrence Berkeley National Laboratory

In questo articolo

Sommario

Questo articolo descrive in dettaglio il processo di fabbricazione di un dispositivo in grafene gate-tunable decorato con impurità di Coulomb per studi di microscopia a effetto tunnel. La mappatura della struttura elettronica spazialmente dipendente del grafene in presenza di impurità cariche svela il comportamento unico dei suoi portatori di carica relativistici in risposta a un potenziale di Coulomb locale.

Abstract

Grazie alle sue portatori di carica a basso consumo energetico relativistiche, l'interazione tra grafene e le varie impurità porta ad una ricchezza di nuova fisica e gradi di libertà per controllare i dispositivi elettronici. In particolare, il comportamento dei portatori di carica di grafene in risposta a potenziali dalle impurità Coulomb praticati si prevede differire significativamente da quella della maggior parte dei materiali. Microscopia a scansione a effetto tunnel (STM) e la spettroscopia a effetto tunnel (STS) possono fornire informazioni dettagliate sia sulla dipendenza spaziale e l'energia della struttura elettronica di grafene in presenza di un'impurità carica. La progettazione di un dispositivo di impurezza-grafene ibrido, fabbricato con la deposizione controllata di impurità su una superficie di back-gated grafene, ha consentito a diversi nuovi metodi per le proprietà elettroniche controllabile accordatura del grafene. ^1-8 elettrostatica gating consente il controllo della densità portatori di carica in grafene e la capacità di Reversisintonizzare bilmente la carica ² e / o molecolari ⁵ stati di impurezza. Questo documento delinea il processo di fabbricazione di un dispositivo grafene gate-sintonizzabile decorato con le singole impurezze Coulomb per STM / STS studi combinati. ^2-5 Questi studi forniscono preziose informazioni la fisica sottostante, nonché indicazioni per la progettazione di dispositivi di grafene ibridi.

Introduzione

Grafene è un materiale bidimensionale con una struttura unica fascia lineare, che dà luogo alle eccezionali proprietà elettriche, ottiche e meccaniche. ^1,9-16 suoi portatori di carica bassa energia sono descritti come relativistici, senza massa fermioni di Dirac ^15, la cui comportamento differisce significativamente da quella dei portatori di carica non relativistica nei sistemi tradizionali. ^15-18 deposizione controllata di una varietà di impurità su grafene fornisce una piattaforma tuttavia versatile semplice per studi sperimentali della risposta di questi portatori di carica relativistiche ad una gamma di perturbazioni. Le indagini....