Grafeenin elektronisen vyörakenteen muokkaaminen nanorakenteilla ja itsejärjestäytyneillä molekyylikerroksilla

Sampsa Hämäläinen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Kiinnostus grafeenia kohtaan, niin tiedeyhteisössä kuin teollisuudessakin, on kasvanut räjähdysmäisesti vuoden 2004 jälkeen, jolloin yksittäinen hiiliatomikerros, eli grafeeni, onnistuttiin ensimmäistä kertaa eristämään grafiitista. Grafeeni on painoonsa nähden maailman vahvinta ainetta ja se johtaa lämpöä ja sähköä erittäin hyvin. Suurin tieteellinen mielenkiinto grafeenia kohtaan on kuitenkin keskittynyt sen erikoiseen elektroniseen vyörakenteeseen. Grafeenin valenssi- ja johtavuusvyöt koskettavat yksittäisissä pisteissä sen Brillouininvyöhykkeen kulmissa. Näiden pisteiden lähellä grafeenin dispersiorelaatio on lineaarinen, mikä saa varauksenkuljettajat käyttäytymään kuten massattomat relativistiset Diracin fermionit , mistä taas useat grafeenin poikkeukselliset sähköiset ominaisuudet ovat seurausta. Grafeenista on onnistuttu jo valmistamaan nopeita transistoreita, mutta niiden tilojen signaalien välinen suhde on hyvin pieni. Jotta grafeenia voisi käyttää piiteknologian korvaamiseen tulevaisuuden elektroniikassa, olisi grafeenin johtavuus- ja valenssivyön välille avattava aukko. Tässä väitöskirjassa tutkitaan kokeellisesti kahta menetelmää energia-aukon avaamiseksi grafeeniin. Ensimmäisessä tutkitussa menetelmässä grafeenista kasvatetaan hyvin pieniä rakenteita, minkä seurauksena grafeenirakenteisiin syntyy partikkeli laatikossa –tyyppisiä energiatiloja. Tutkimuksessa kartoitetaan pienien grafeenirakenteiden tilatiheys kokeellisesti pyyhkäisytunnelointimikroskopian avulla ja verrataan mitattuja tiloja Klein-Gordonin yhtälöstä ratkaistuihin tiloihin. Toisessa esitetyssä menetelmässä pyritään muokkaamaan grafeenin vyörakennetta itsejärjestäytyvän molekyylikerroksen aikaansaamalla jaksollisella potentiaalimodulaatiolla. Molekyylien järjestymistä vertaillaan grafeeninäytteillä eri substraateilla, joiden pinnoilla grafeenilla on eri karkeus. Koska suuri osa mittauksista on tehty iridium yksittäiskiteelle kasvatetulle epitaksiaalisella grafeenilla, on osa tukimuksesta keskittynyt grafeenin rakenteen tutkimiseen kyseisellä pinnalla atomivoimamikroskopian ja matalaenergisten elektronien diffraktion avulla.
Julkaisun otsikon käännösGrafeenin elektronisen vyörakenteen muokkaaminen nanorakenteilla ja itsejärjestäytyneillä molekyylikerroksilla
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Liljeroth, Peter, Vastuuprofessori
  • Sainio, Jani, Ohjaaja
  • Lahtinen, Jouko, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-5886-3
Sähköinen ISBN978-952-60-5887-0
TilaJulkaistu - 2014
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • grafeeni
  • pyyhkäisytunnelointimikroskopia
  • atomivoimamikroskopia
  • grafeeninanorakenteet
  • iridium
  • itsejärjestäyminen

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Grafeenin elektronisen vyörakenteen muokkaaminen nanorakenteilla ja itsejärjestäytyneillä molekyylikerroksilla'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä