STM针尖操纵可控制备折叠石墨烯及其赝磁场研究

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石墨烯是一种具有单原子层厚度的二维材料,它拥有出色的力学、电学等性能。其中,由于石墨烯优异的柔韧性和面内刚度,使得利用多种手段协助构造出不同的石墨烯结构成为可能,并且可以随之改变其能带结构,调控其电学性质。本论文主要利用扫描隧道显微镜(STM)针尖操控石墨烯以制备独特的折叠石墨烯结构,并在其中构筑可调的赝磁场。本论文主要得到的研究结果如下:(1)通过STM发展了可控撕裂与折叠石墨烯的实验技术,制备得到了丰富的石墨烯纳米结构。通过有意增加STM针尖-石墨烯的相互作用,可控地将石墨烯片撕裂并折叠到台阶边缘,从而制备丰富的折叠石墨烯纳米结构,如石墨烯纳米岛和类纳米带等。同时,对制备的折叠石墨烯的形貌结构做了详细研究。(2)发展出一种制备具有Zigzag边缘终止的石墨烯纳米结构的实验方法。本研究发现通过STM撕裂与折叠石墨烯制备得到的石墨烯纳米结构,其撕裂方向主要沿着石墨烯蜂窝状晶格的Zigzag取向,导致产生的石墨烯纳米结构具有相同的指定边缘,且具有良好的Zigzag终止。理论模型表明,增强的针尖-石墨烯排斥力可以解释撕裂和折叠过程,而优先的Zigzag取向撕裂归因于石墨烯中该取向拥有最低断键能。本研究提供了一种简单且可控的方法来制备具有精确的Zigzag边缘终止的石墨烯纳米结构。(3)在折叠石墨烯中构筑出大小可调的赝磁场和赝朗道能级。折叠石墨烯结构的折叠弯曲边界提供了一个构筑应变诱导新奇物性的良好平台。研究发现石墨烯折叠边界具有非均匀的应变,表现为垂直折叠边界晶格受到拉伸,平行折叠边界晶格被轻微压缩。同时发现应变大小随着折叠边界宽度增加而减小。通过扫描隧道谱的测量,在受应变的石墨烯折叠边界处探测到了应变赝磁场导致的赝朗道能级结构,得到赝磁场大小为~10–60 T。本研究发现可以通过改变弯曲的折叠边的宽度来调控其中赝磁场的强度,而折叠边宽度的改变可从实验上折叠不同单位长度折叠面积来实现。该研究提供了一种新的途径来可控设计具有可调赝磁场和平带结构的系统,并用于研究应变和相互作用引起的新奇量子现象。
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