一维石墨烯超晶格上的氢吸附研究

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石墨烯是一种可以稳定存在的二维原子晶体,最早由K.S.Novoselov和A.K.Geim通过机械剥离法得到。输运测量表明石墨烯具有很高的载流子迁移率,常温(300K)下甚至可以高于200000cm2/V·s,且品格中载流子接近弹道输运,平均自由程可以达到亚微米量级,优秀的电学性质使其成为硅的替代材料之一;同时,石墨烯的载流子在狄拉克点附近具有线性色散关系,形成锥形的能带结构,表现出典型的二维狄拉克费米子特征,其波函数满足无质量狄拉克方程;此外,在常温下就能观察到石墨烯的量子霍尔效应。这些性质引起了各研究领域的广泛关注。  然而,石墨烯是一种零带隙的半导体,这限制了它在半导体器件上的应用,因此研究人员通过各种方法来调制石墨烯的能带结构。已有的结果表明,对石墨烯施加周期势会导致准粒子群速度重整化、狄拉克锥变形、产生新的狄拉克点等,而通过衬底作用、制备石墨烯纳米带或对石墨烯进行化学改性等则可以打开石墨烯的带隙,这些尝试为石墨烯应用于半导体器件提供了一种可能的解决途径。本文在这个基础上,首先利用化学气相沉积法(CVD)在多晶铜上生长石墨烯,观察到在有氧原子插层的情况下,Cu(410)-O高指数面可以大面积稳定存在,并且对石墨烯电子态有较强的调制作用,使之形成一维超晶格;然后在该超晶格上进行氢吸附,发现氢原子会选择性地吸附在石墨烯超晶格上,除了单原子和双原子吸附位型,我们还观察到一种三原子吸附位型。这些规律有助于在周期势的基础上形成一个新的调制维度,从而实现对石墨烯性质的更好调控。
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