[論文レビュー] Electrochemical Grafting of Naphthylmethyl Radicals to Epitaxial Graphene: A Versatile Platform to Reversibly Engineer the Band Structure and Transport Properties of Graphene

Santanu Sarkar, Elena Bekyarova+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2013

Graphene research and applications参考文献 10被引用数 30

ひとこと要約

本研究では、エpitaxialグラファイト上でのコルブ酸化プロセスを用いてナフチルメチルラジカルを電気化学的にグラフト化する逆転可能手法を示した。これにより、グラファイトのバンド構造および輸送特性の動的チューニングが可能になった。この技術は準逆転可能なバンドギャップ工学と、電気的に消去可能な有機誘電体膜の作成を可能にし、ラマンDバンドマッピングにより機能化と逆転性が確認された。

ABSTRACT

The Kolbe electrochemical oxidation strategy has been utilized to achieve an efficient quasireversible electrochemical grafting of the alpha-naphthylmethyl functional group to graphene. The method facilitates reversible bandgap engineering in graphene and preparation of electrochemically erasable organic dielectric films. The picture shows Raman D-band maps of both systems.

研究の動機と目的

• グラファイトの電子的性質をチューニングする逆転可能手法の開発を目的とする。
• 電子的アプリケーションにおける制御可能で逆転可能なバンドギャップの開口を達成するという課題に対処することを目的とする。
• スイッチ可能で誘電層を形成するための電気化学的機能化の利用を検討することを目的とする。
• エpitaxialグラファイト上でのコルブ酸化戦略を用いた準逆転可能グラフト化の実現を示すこと。
• 分光的および輸送測定を用いて、グラフト化された官能基の逆転性と安定性を検証すること。

提案手法

• コルブ電気化学的酸化戦略を用いて、エpitaxialグラファイトにグラフトするためのアルファ-ナフチルメチルラジカルを生成すること。
• 電気化学的ポテンシャルサイクリングを適用して、ナフチルメチル基の制御的かつ逆転可能なグラファイト表面への付着を達成すること。
• ラマン分光法、特にDバンドマッピングを用いて、機能化およびグラフト化プロセスの逆転性をモニタリングおよび確認すること。
• 電気化学的技術を用いて、有機官能基のグラフトとその後の消去を実施し、グラファイトの電子的構造の動的モード変更を可能にすること。
• 得られた膜が、電気的に消去可能な有機誘電体として、チューニング可能な電子的性質を有することを特徴付けること。
• 機能化されたグラファイトを、逆転可能バンドギャップ工学および輸送特性のモード変更に適したプラットフォームに統合すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コルブ電気化学的酸化法は、エpitaxialグラファイト上へのナフチルメチルラジカルの逆転可能グラフト化を可能にするか？
• RQ2 電気化学的機能化によって、グラファイトのバンド構造はどの程度逆転可能にチューニング可能か？
• RQ3 グラフト化された有機層は電気的に消去可能であり、元のグラファイトの性質に回復可能か？
• RQ4 ラマン分光法により確認された機能化プロセスの安定性および逆転性はいかほどか？
• RQ5 グラフト化された系は、チューニング可能な電子的特性を有するスイッチ可能で有機誘電体膜として機能可能か？

主な発見

• コルブ電気化学的酸化法により、アルファ-ナフチルメチルラジカルがエpitaxialグラファイトに準逆転可能にグラフト化された。
• ラマンDバンドマッピングにより、機能化の存在と空間的分布が確認され、強度の変化がグラフト化効率を示した。
• 機能化プロセスにより、グラファイトのバンド構造および輸送特性に測定可能な逆転可能なモード変更が生じた。
• 電気化学的サイクリングにより、グラフト層の消去が確認され、プロセスの逆転性が裏付けられた。
• グラフト化系は、スイッチ可能で有機誘電体膜の特性を示し、チューニング可能な電子デバイスへの応用が有望である。
• 本手法は、恒久的な構造的損傷を引き起こさずに、グラファイトの電子的挙動を動的かつ逆転可能に工学的に設計するための包括的プラットフォームを提供する。