Автореферат (1145322)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиУсачёв Дмитрий ЮрьевичСинтез и управление электронной структуройсистем на основе графенаСпециальность 01.04.07 – физика конденсированного состоянияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукСанкт-Петербург – 2015Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.Научный консультант:Адамчук Вера Константиновна,доктор физико-математических наук, профессор.Официальные оппоненты:Вуль Александр Яковлевич,доктор физико-математических наук, профессор,Физико-технический институт им.

А.Ф. ИоффеРАН, заведующий лабораторией.Окотруб Александр Владимирович,доктор физико-математических наук, профессор,Институт неорганической химии им. А.В. Нико­лаева СО РАН, заведующий лабораторией.Петров Владимир Никифорович,доктор физико-математических наук, профессор,Санкт-Петербургский политехнический универ­ситет Петра Великого, профессор.Ведущая организация:Московский государственный университет имениМ.В. Ломоносова»2016 г. вна заседании советаЗащита состоится «Д 212.232.33 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт­Петербургском государственном университете по адресу: 198504, Санкт-Петер­бург, ул. Ульяновская, д. 1, физический факультет СПбГУ, малый конференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М.

ГорькогоСПбГУ и на сайте Санкт-Петербургского государственного университета spbu.ru.Автореферат разослан «»2015 г.Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба вы­сылать по вышеуказанному адресу на имя учёного секретаря диссертационногосовета.Учёный секретарь диссертационного совета,кандидат физ.-мат.

наук, доцентПоляничко А.М.3Общая характеристика работыАктуальность работы. Нобелевская премия по физике в 2010 г.1 не оставиласомнений в том, что графен – кристалл углерода с двумерной гексагональной кри­сталлической решеткой – является одним из наиболее перспективных материаловдля разработки новых электронных устройств. Обнаружены широкие возможно­сти использования графена в элементах транзисторов, памяти, солнечных батарей,топливных ячеек, биосенсоров, катализаторов, аккумуляторов, гибких дисплеев,конденсаторов, спиновых фильтров и т.д., причем область возможных примененийпродолжает расширяться. Тем не менее, серийный выпуск графеновых устройствпока остается делом будущего.

Причина заключается в том, что на пути промыш­ленного производства таких устройств стоит фундаментальная проблема синтезасистем на основе графена с заданной структурой и физико-химическими свойства­ми, а также характеристиками, превосходящими современные аналоги. Ключевойособенностью этой проблемы является то, что благодаря двумерности кристалли­ческой структуры, свойства графена могут в значительной степени варьироватьсяпод влиянием контакта с различными веществами.

С другой стороны, присутствиепримесей и дефектов также оказывает существенное влияние на характеристикиматериала. Существующих знаний и способов синтеза пока недостаточно дляэффективного решения имеющихся технологических задач, поэтому исследова­ния графена продолжают вызывать невероятный интерес ученых и технологов.Дальнейший прогресс требует усовершенствования методов получения графена,управления его электронной структурой и систематического изучения его свойствв зависимости от материала подложки и технологии формирования графеновыхсистем.

Представленная диссертация посвящена разработке новых практическихподходов к решению этих проблем и, вместе с тем, направлена на пониманиефундаментальных механизмов, определяющих взаимосвязь между строением иэлектронной структурой систем на основе графена. Рекордное число научныхстатей, публикуемых ежегодно по результатам исследования графена, свидетель­ствует о неснижающемся интересе к этой области, что говорит об актуальностиданной научной проблемы.Многие свойства материалов в значительной мере связаны с их электроннойэнергетической структурой.

В случае графена, его уникальная электронная струк­тура с конической дисперсией электронных состояний вблизи уровня Ферми от­ветственна за непревзойденные транспортные свойства, среди которых рекордновысокая подвижность и большая длина спиновой релаксации носителей заряда.Эти и другие свойства лежат в основе предложений по использованию графе­на в качестве активного элемента в устройствах электроники и спинтроники,например, быстродействующего полевого транзистора и спинового фильтра. Нопрактическая реализация этих предложений всегда сталкивается с рядом проблем.Например, эффективное использование графена в качестве канала в классическомполевом транзисторе требует создания запрещенной зоны в электронной структу­1Присуждена А.

Гейму и К. Новосёлову за новаторские эксперименты в отношении двумерного материала графена4ре, тогда как чистый графен является бесщелевым полупроводником. Создание жеспинового фильтра сталкивается с проблемой инжекции спин-поляризованных то­ков из металла в графен вследствие низкой проводимости последнего. В целом, взависимости от конкретных приложений, для эффективного использования графе­на в электронных устройствах необходимо иметь возможности управлять шири­ной запрещенной зоны графена, задавать тип и изменять концентрацию носителейзаряда, стимулировать спиновое расщепление электронных состояний, управлятьплотностью состояний вблизи уровня Ферми, формировать высококачественныеконтакты графена с различными металлами, полупроводниками и диэлектриками,и многое другое.

Разработка новых подходов к формированию систем на основеграфена, мониторингу и целенаправленному изменению их электронной структу­ры, и является основной целью диссертационной работы.Цель диссертационной работы – разработка фундаментальных основ и прак­тических подходов для создания новых функциональных материалов и систем наоснове графена, определение взаимосвязи их электронной энергетической струк­туры с особенностями строения систем и взаимодействия углерода с другимикомпонентами. Основной задачей работы было формирование и изучение широ­кого ряда кристаллических тонкослойных систем, характеризуемых различнымвзаимодействием атомов решетки графена с подложкой, адсорбатом и внедрен­ными примесями.

Систематическое изучение влияния на электронную структуруграфена, оказываемого подложкой, а также такими процессами, как физическаяи химическая адсорбция, легирование, и интеркаляция веществ под слой гра­фена, позволило значительно расширить возможности управления электроннымисвойствами графена и углубить понимание механизмов формирования тонкихособенностей его электронной структуры в различных системах.Научная новизна. Используя широкий спектр поверхностно-чувствительныхметодов, в данной работе были выявлены закономерности связывающие строениеразличных систем на основе графена с их электронной структурой, разработаныметодики формирования новых систем и способы целенаправленной модифика­ции электронного спектра графена и его свойств.

Работа содержит новые экспе­риментальные и методические результаты, из которых отдельно следует отметитьнижеперечисленные.1. Впервые экспериментально определена электронная структура вблизи уров­ня Ферми и показана слабая связь графена с подложкой в тонкослойной системеметалл-диэлектрик-полупроводник, в которой графен был сформирован на по­верхности широкозонного диэлектрика – гексагонального нитрида бора.2. Разработан способ эффективного синтеза легированного азотом однослойно­го графена (N-графена) из молекул триазина на поверхности большой площади.Особенностью предложенного способа является возможность получения хорошоориентированного монослоя N-графена, что позволило впервые эксперименталь­но определить влияние азота на электронную структуру графена наиболее пря­мым методом фотоэлектронной спектроскопии.

Продемонстрировано, что внед­рение золота под слой N-графена позволяет значительно повысить эффективность5допирования путем изменения конфигурации химических связей азота в слое гра­фена при повышенной температуре, что является первым наблюдением подобнойхимической реакции в графеновом слое.3. Разработана методология формирования легированного бором графена (B-гра­фена) из молекул карборана, позволяющая внедрять в решетку до 19 ат.% бора.Показано, что при малых концентрациях примеси возможно предпочтительноезамещение бором атомов углерода в одной из двух подрешеток графена.4. Предложен механизм появления реплицированных ветвей электронных со­стояний в спектрах фотоэмиссии валентной зоны периодически корругированногографена.5.

Экспериментально исследована анизотропия электрон-фононного взаимо­действия в сильно легированном графене и оценена константа электрон-фононнойсвязи в системе Li/графен/силицид. Показано, что полученная оценка допускаетвозможность экспериментального обнаружения сверхпроводимости в однослой­ном графене.6.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации