自上個世紀初以來,科學技術得到了極其迅速的發(fā)展,經歷了從經典到量子、從宏觀到微觀的過渡。納米尺度的基礎研究和應用研究是科技發(fā)展的必然趨勢。一方面,物理、化學、生物學等領域的基礎科學研究,需要在納米尺度乃至單分子單原子水平進行開展;另一方面,隨著電子科技的發(fā)展,電子器件的體積不斷減小,硅基器件越來越接近其物理極限,基于納米材料進行器件構筑是一個有效的解決方法。低維納米材料因其在尺寸上的天然優(yōu)勢,在納米科技中極具發(fā)展前景。在納米科技的發(fā)展中,掃描隧道顯微鏡技術扮演著不可或缺的角色,給該領域帶來了長足的進步。本文的工作即是在這樣的背景之下展開的,主要分為以下三個部分:1. 首先介紹了針尖制備控制電路的優(yōu)化設計。將控制電路的關斷時間減小到10 ns左右,制備的鎢針尖曲率半徑達1 nm以下,曲率半徑小于3 nm的成功率大于80%;詳細探究了針尖曲率半徑與電解電流和控制電路關斷速度之間的關系,發(fā)現了在針尖的形成過程中,電解電流會使得針尖發(fā)生熔化,極大的影響了針尖曲率半徑。然后,介紹了前置放大器電路的優(yōu)化設計,闡述了掃描隧道顯微鏡對于前置放大器的需求,以及放大器設計的原理和難點。最終設計一個增益為1... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)北京市

【文章頁數】：121 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

石墨烯的結構和性質(a)單層石墨烯模型

第1章緒論5使其無法用于晶體管構筑。石墨烯摻雜[9]，石墨烯氫化[10]等方式常被用來打開石墨烯的能隙。由于其具有極好的導電性以及超大的比表面積，常被用作電池的電極材料，超級電容器的材料等。雙層石墨烯擁有與單層石墨烯不同的特性，電子表現為質量不為零的Dirac費米子，其色散關系在Dirac點附近接近拋物線型，如圖1.1b所示，雙層石墨烯對于電子輸運和自旋有非常有效的控制作用。近年來，發(fā)現當兩層石墨烯的轉角發(fā)生改變時，石墨烯的輸運特性將會發(fā)生極大的改變[11]，如圖1.2a-b所示。Cao等人制備出了“魔角”石墨烯，在石墨烯中誘導出非常規(guī)超導特性[12]。他們發(fā)現，當兩層石墨烯之間的轉角約為1.05°時，通過柵壓調控載流子濃度，可在石墨烯能帶中誘導出平帶，且在1.7K下獲得了超導電性[12]，如圖1.2c所示。圖1.2轉角石墨烯的性質(a)雙層轉角石墨烯模型。(b)不同轉角下的能帶結構。(c)1.05°轉角發(fā)生出現超導現象。(d)原子級精準可控的“折紙”石墨烯納米結構，可制備不同轉角的石墨烯。摘自文獻[11-13]。Figure1.2Thepropertiesoftwist-anglebilayergraphene.(a)Themodeloftwist-anglebilayergraphene.(b)Thebandstructureunderdifferenttwist-angles.(c)Thesuperconductivityunderthetwist-angleof1.05°.(d)Atomicallyprecise,custom-designorigamigraphenenanostructures.Thetwistanglecanbemanipulated.[11-13]

掃描隧道顯微鏡的電子學設計及其對二維原子分子晶體材料的研究6本課題組使用STM對單層石墨烯在納米尺度進行折紙操作，如圖1.2d所示，獲得了轉角雙層石墨烯[13]。改變不同層之間的轉角是一個有效的調制二維材料物性的手段，可以將其用在其他二維材料中。繼石墨烯之后，諸多種二維材料被制備出來，包括與石墨烯相似的Xene類材料（硅烯，鍺烯，錫烯，碲烯等），六方氮化硼（h-BN），黑磷，過渡金屬硫族化合物（TMD）材料等等[14,15]。由于具有豐富的化合物種類和物性，龐大的TMD層狀材料家族在二維材料領域得到了最為廣泛的關注。1.4.2TMD材料的結構與性質及其應用TMD材料的化學式可用MX2概括，M包括V，Mo，W等過渡族金屬，X是S，Se，Te等硫族元素[15]，如圖1.3所示。材料的結構是X-M-X式的三明治結構，如圖1.4a所示，晶格具有六方或三角對稱性，TMD材料原子堆疊方式有2H相、1T相和3R相[16]，如圖1.4b所示。層內原子以共價鍵或離子鍵結合，層間以范德瓦爾斯力結合，一般可通過機械剝離的方式從塊體材料中得到少層或單層的TMD二維材料。圖1.3TMD材料組成元素在周期表中的分布摘自文獻[15]。Figure1.3ThedistributionofTMDmaterialselementsinperiodictable.[15]


本文編號：3601636