本文關鍵詞：復合型狄拉克材料的制備及性質(zhì)研究

  更多相關文章： 三明治結構 復合型狄拉克材料 拓撲絕緣體 Bi_2Se_3薄膜 抑制表面氧化 CVD 石墨烯

【摘要】：狄拉克材料是近幾年涌現(xiàn)的一種新型二維量子功能材料,其載流子有效質(zhì)量為零,能量和動量之間滿足線性關系,需要用相對論狄拉克方程描述。最具有代表性的當屬石墨烯和拓撲絕緣體,其獨特的能帶結構引起了科學界在實驗與理論方面的廣泛研究。三維拓撲絕緣體Bi_2Se_3,布里淵區(qū)只一個狄拉克錐,結構簡單,具有固定的化學原子計量比,結構簡單,容易合成。作為目前材料研究領域中最接近理想狀態(tài)的一種強拓撲絕緣體材料,近幾年已經(jīng)吸引了大量科研工作者的研究興趣。二維層狀結構的Bi_2Se_3材料具有較大的表面積體積比,較強的拓撲性質(zhì)使其可能應用于未來的自旋電子器件。石墨烯是單層碳原子組成的網(wǎng)狀結構的二維晶體,由于和拓撲絕緣體Bi_2Se_3均為層狀材料,在其界面上也是依靠范德瓦爾斯型的弱相互作用而相互粘結,這使得襯底和薄膜間晶格失配所導致的應力能對生長的影響很小。因此石墨烯為高質(zhì)量Bi_2Se_3外延薄膜的生長提供了一個很好的襯底。本文總結了狄拉克材料的發(fā)展及其復合型狄拉克材料的制備與性質(zhì),選取了狄拉克材料中最具代表性的石墨烯和Bi_2Se_3作為研究對象。采用經(jīng)濟高效的化學氣相沉積(CVD)法制備三明治結構的復合型狄拉克材料,其研究內(nèi)容有:(1)通過CVD方法在富Se環(huán)境下在SiO_2襯底上直接生長Bi_2Se_3,探究富Se環(huán)境對Bi_2Se_3納米結構生長質(zhì)量的影響。當高純Bi_2Se_3粉末和Se粉以6:1比例混合作蒸發(fā)源時,Se由于具有較低的熔沸點而提前蒸發(fā)出來,充滿整個反應爐腔,使得整個反應過程在富Se環(huán)境下進行,在Bi_2Se_3生長過程中多余的Se吸附在納米片的邊緣并形成懸掛鍵來誘導Bi_2Se_3納米片的橫向生長。另外,富Se環(huán)境可以有效緩解Bi_2Se_3生長過程中的Se空位問題。(2)以石墨烯作為襯底,采用CVD方法制備Bi_2Se_3納米薄膜,并探究石墨烯襯底對Bi_2Se_3生長質(zhì)量的影響。由于Bi_2Se_3和石墨烯均為層狀材料,在其界面上主要是范德瓦爾斯型的弱相互作用形成的異質(zhì)結構,因此,底層石墨烯為上層Bi_2Se_3納米薄膜的生長充當了很好的襯底。石墨烯與Bi_2Se_3薄膜間的范德瓦爾斯弱相互作用,使石墨烯的面內(nèi)振動峰2D發(fā)生了紅移現(xiàn)象。(3)用化學氣相沉積的方法預沉積Se做生長點,探究Se對Bi_2Se_3納米結構生長質(zhì)量的影響。用Se做生長點有利于Bi_2Se_3納米結構的橫向生長,提高了Bi_2Se_3薄膜的生長質(zhì)量,并且使得Se與Bi的原子比例更加接近1.5這一標準值(4)將制得的Bi_2Se_3/Graphene(Bi_2Se_3/G)樣品取出后立即用濕法轉移一層石墨烯制成具有三明治結構的Bi_2Se_3/Graphene/Bi_2Se_3(Bi_2Se_3/G/Bi_2Se_3)復合型狄拉克材料。上層石墨烯與Bi_2Se_3薄膜同樣通過范德瓦爾相互作用緊密貼合形成異質(zhì)結構。通過比較,一段時間后覆蓋石墨烯的Bi_2Se_3沒有變化,而未覆蓋石墨烯的Bi_2Se_3被氧化。證明石墨烯與Bi_2Se_3薄膜復合形成異質(zhì)結構的優(yōu)點:①可以提高Bi_2Se_3外延薄膜的生長質(zhì)量;②可以有效緩解Bi_2Se_3表面氧化造成的拓撲性質(zhì)退化的問題。
【關鍵詞】：三明治結構 復合型狄拉克材料 拓撲絕緣體 Bi_2Se_3薄膜 抑制表面氧化 CVD 石墨烯
【學位授予單位】：山東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB34
【目錄】：

• 中文摘要6-8
• Abstract8-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 狄拉克材料簡介11-12
• 1.2 狄拉克材料的研究進展12-15
• 1.2.1 石墨烯的研究進展12-13
• 1.2.2 拓撲絕緣體Bi_2Se_3的研究進展13-15
• 1.3 選題依據(jù)及研究內(nèi)容15-16
• 1.4 本文結構16-17
• 第二章 狄拉克材料的制備方法及表征技術17-23
• 2.1 石墨烯的制備方法17-19
• 2.2 Bi_2Se_3的制備方法19-20
• 2.3 復合型狄拉克材料的測試表征技術20-23
• 第三章 狄拉克材料Bi_2Se_3的制備及其表征23-30
• 3.1 制備條件23
• 3.2 實驗結果與分析23-29
• 3.3 本章小結29-30
• 第四章 石墨烯和Bi_2Se_3復合材料的制備與表征30-49
• 4.1 石墨烯的轉移與表征30-34
• 4.1.1 石墨烯的轉移30-32
• 4.1.2 石墨烯的拉曼表征32-34
• 4.2 富Se環(huán)境下Bi_2Se_3的制備及表征分析34-40
• 4.2.1 富Se環(huán)境下Bi_2Se_3的制備34-35
• 4.2.2 富Se環(huán)境下Bi_2Se_3的表征及其分析35-40
• 4.2.3 本節(jié)小結40
• 4.3 預沉積Se納米顆粒的條件下Bi_2Se_3的制備及表征方法40-49
• 4.3.1 預沉積Se納米顆粒的條件下Bi_2Se_3的制備方法40-41
• 4.3.2 預沉積Se納米顆粒的條件下Bi_2Se_3的表征及分析41-47
• 4.3.3 本節(jié)小結47-49
• 第五章 三明治結構的復合型狄拉克材料的制備49-55
• 5.1 實驗方法49
• 5.2 實驗結果與分析49-52
• 5.3 本章小結52-55
• 第六章 全文總結55-57
• 6.1 本論文的主要研究成果55-56
• 6.2 下一步研究工作的建議56-57
• 參考文獻57-63
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和獲得的獎勵63-64
• 致謝64

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 呂莉;張敏;楊立芹;羊新勝;趙勇;;拓撲絕緣體Bi_2Se_3單晶體的研究進展[J];材料導報;2013年11期

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本文編號：791502