自上個(gè)世紀(jì)初以來(lái),科學(xué)技術(shù)得到了極其迅速的發(fā)展,經(jīng)歷了從經(jīng)典到量子、從宏觀到微觀的過(guò)渡。納米尺度的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究是科技發(fā)展的必然趨勢(shì)。一方面,物理、化學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)研究,需要在納米尺度乃至單分子單原子水平進(jìn)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(lái)越接近其物理極限,基于納米材料進(jìn)行器件構(gòu)筑是一個(gè)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(shì),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(shù)扮演著不可或缺的角色,給該領(lǐng)域帶來(lái)了長(zhǎng)足的進(jìn)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(gè)部分:1. 首先介紹了針尖制備控制電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。將控制電路的關(guān)斷時(shí)間減小到10 ns左右,制備的鎢針尖曲率半徑達(dá)1 nm以下,曲率半徑小于3 nm的成功率大于80%;詳細(xì)探究了針尖曲率半徑與電解電流和控制電路關(guān)斷速度之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)了在針尖的形成過(guò)程中,電解電流會(huì)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(shè)計(jì),闡述了掃描隧道顯微鏡對(duì)于前置放大器的需求,以及放大器設(shè)計(jì)的原理和難點(diǎn)。最終設(shè)計(jì)一個(gè)增益為1... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：121 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

石墨烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(a)單層石墨烯模型

第1章緒論5使其無(wú)法用于晶體管構(gòu)筑。石墨烯摻雜[9]，石墨烯氫化[10]等方式常被用來(lái)打開石墨烯的能隙。由于其具有極好的導(dǎo)電性以及超大的比表面積，常被用作電池的電極材料，超級(jí)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(xiàn)為質(zhì)量不為零的Dirac費(fèi)米子，其色散關(guān)系在Dirac點(diǎn)附近接近拋物線型，如圖1.1b所示，雙層石墨烯對(duì)于電子輸運(yùn)和自旋有非常有效的控制作用。近年來(lái)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩層石墨烯的轉(zhuǎn)角發(fā)生改變時(shí)，石墨烯的輸運(yùn)特性將會(huì)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(dǎo)出非常規(guī)超導(dǎo)特性[12]。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩層石墨烯之間的轉(zhuǎn)角約為1.05°時(shí)，通過(guò)柵壓調(diào)控載流子濃度，可在石墨烯能帶中誘導(dǎo)出平帶，且在1.7K下獲得了超導(dǎo)電性[12]，如圖1.2c所示。圖1.2轉(zhuǎn)角石墨烯的性質(zhì)(a)雙層轉(zhuǎn)角石墨烯模型。(b)不同轉(zhuǎn)角下的能帶結(jié)構(gòu)。(c)1.05°轉(zhuǎn)角發(fā)生出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。(d)原子級(jí)精準(zhǔn)可控的“折紙”石墨烯納米結(jié)構(gòu)，可制備不同轉(zhuǎn)角的石墨烯。摘自文獻(xiàn)[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(xué)設(shè)計(jì)及其對(duì)二維原子分子晶體材料的研究6本課題組使用STM對(duì)單層石墨烯在納米尺度進(jìn)行折紙操作，如圖1.2d所示，獲得了轉(zhuǎn)角雙層石墨烯[13]。改變不同層之間的轉(zhuǎn)角是一個(gè)有效的調(diào)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(lái)，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(guò)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(lǐng)域得到了最為廣泛的關(guān)注。1.4.2TMD材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)及其應(yīng)用TMD材料的化學(xué)式可用MX2概括，M包括V，Mo，W等過(guò)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(jié)構(gòu)是X-M-X式的三明治結(jié)構(gòu)，如圖1.4a所示，晶格具有六方或三角對(duì)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(nèi)原子以共價(jià)鍵或離子鍵結(jié)合，層間以范德瓦爾斯力結(jié)合，一般可通過(guò)機(jī)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(xiàn)[15]。Figure1.3ThedistributionofTMDmaterialselementsinperiodictable.[15]


本文編號(hào)：3601636