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馬德裡自治大學Julio Gómez-Herrero課題組–馬德裡自治大學–具有局部超高壓的可調諧石墨烯電子器件

通過使用原子力顯微鏡(AFM)金剛石尖端施加超高壓(> 10 GPa),可以實現石墨烯有效摻雜的微調。石墨烯薄片中的特定區域在SiO2襯底上不可逆地被壓平。這項工作首次展示了具有納米精度的、非常穩定且有效的p摻雜石墨烯區域的局部生成,并得到了一系列技術的明确驗證。重要的是,摻雜強度單調取決于所施加的壓力,從而可以對石墨烯電子器件進行控制調諧。通過這種摻雜效應,如導電AFM所示,超高壓修飾包括選擇性修飾石墨烯區域,以達到改善其與金屬電極電接觸性。密度泛函理論計算和實驗數據表明,這種壓力水平引發了石墨烯與SiO2基闆之間的共價鍵合。這一工作通過納米分辨率的壓力調整,為2D材料和範德華異質結構的電子調諧開辟了一條方便的途徑。

Figure 1 SiO2上原始石墨烯的表征和超高壓改性。a)光學圖像。b)在标記為(a)的點處獲得的拉曼光譜,顯示石墨烯特征峰。c)不同壓力下在600×600 nm2的區域進行改性的AFM地形圖。d)石墨烯-SiO2距離随施加壓力的變化。

Figure 2 局部有效摻雜。a)來自不同修飾區域的拉曼光譜G和2D峰。b)接觸電位差(CPD)在不同區域的變化。c) 2D/G強度比(紅色)、石墨烯-SiO2距離變化(黑色)、費米能級位移(藍色)與壓力的函數。d)費米能級位移與石墨烯-SiO2距離變化的函數。e) 2D/G強度比與電子濃度的函數。

Figure 3 掃描X射線光電子顯微鏡。a)在不同壓力下修改的800×800 nm2區域的AFM地形圖。b)在= 500 eV下拍攝,與(a)中相同區域的C 1s SPEM灰色圖像(白色表示強度更高)。c,d) C 1s峰與施加壓力的函數。

Figure 4 DFT計算。a)分析四種化學吸附構型,得到了達到化學吸附的壓力勢壘。b)超級電池幾何優化後的側視圖(黑色:碳;紅色:氧;藍色:矽;綠色:氫)。c)幾何優化後c原子的z值分布;水平網格線标記不具有H原子(vdW)和完全飽和表面(vdW H)的範德華吸引結構中C原子的平均z位置;圖中的數字表示直方圖中相應組中C原子的總數。

Figure 5 在35 GPa下導電-AFM的修飾區域。a)地形圖。b)固定偏壓0.6 V時的電流圖。c,d)分别沿着(a)和(b)中的線的剖面圖。(b)中的插圖是電路的示意圖。

相關研究成果于2019年由馬德裡自治大學Julio Gómez-Herrero課題組,發表在Adv. Funct. Mater.( https://doi.org/10.1002/adfm.201806715)上。原文:Tunable Graphene Electronics with Local Ultrahigh Pressure

本文來自石墨烯雜志,本文觀點不代表利特納米立場,轉載請聯系原作者。

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