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本文讲述了针对机械剥离法得到的石墨烯样品,用微纳加工的手段做成单量子点、串联双量子点、AB环、石墨烯纳米带等量子器件,在极低温下进行电输运性质的研究。全文共七章。
本文的主要内容:
1、介绍石墨烯的发现、基本性质、研究进展。作为一种新材料,从发现到获得诺贝尔物理学奖的仅用了6年的时间,石墨烯奇特的电学、热学、光学和力学性质引起了物理学界的轰动。
2、分步骤介绍了石墨烯从样品到器件的完整制备过程及实验细节。对石墨烯样品的机械剥离法、微纳加工中的电子束曝光、反应离子刻蚀、基本低温测量技术等进行了详细的介绍。
3、把石墨烯样品加工成不同尺寸的单量子点器件,测量其在低温2K下的量子输运的结果。当量子点尺寸大于100nm时,库伦阻塞峰间距是周期性的;当量子点尺寸小于100nm时,库伦阻塞峰的间距不再是周期性的,库仑峰的间距符合Wigner-Dyson分布,说明量子点中发生了量子混沌现象。
4、把石墨烯样品加工成的串联双量子点器件,测量其在低温2K下的量子输运结果。调节两个量子点之间的边门,来调节两个量子点耦合的强弱。我们看到了在强耦合的时候,串联的两个量子点好似一个大量子点,逐步调节,耦合逐渐变弱,两个量子点互相影响、制约,没有看到两个量子点互相独立的情况。
5、把石墨烯样品加工成AB环的器件,在0.3K的温度下、0.3T以内的磁场下,测量其电输运性质。我们看到了周期的电导振荡,说明AB环中的两路电子发生了量子相位的干涉,并分析了周期稍有差别的原因。
6、我们用机械剥离法得到了宽度为几十纳米不等的石墨烯纳米带。机械剥离法得到的纳米带较刻蚀等方法得到的纳米带有很多优点,例如边缘光滑,有明显的取向性,制备简单等等。我们将石墨烯纳米带做上Pd电极,做石墨烯纳米带器件,在0.3K的低温下进行电学性质的测量,看到了法布里-珀罗干涉现象。这说明用机械剥离法得到的石墨烯纳米带是一维体系,质量非常好,适用于科研中研究石墨烯纳米带的本征性质。
7、基于硕博期间在石墨烯方面的工作进行了总结,并对石墨烯器件在低温下量子输运研究的一些展望。