[论文解读] A Chemical Route to Graphene for Electronics and Spintronics Device Applications

Santanu Sarkar|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2014

Graphene research and applications参考文献 1被引用 44

一句话总结

本文提出了一种用于电子学和自旋电子学的石墨烯化学功能化方法，重点在于通过共价化学手段在原子尺度上调控其电子和磁性特性。通过理解狄拉克点处的反应活性并控制亚纳米级图案化，该研究实现了可扩展的、精确的石墨烯器件制造，适用于后CMOS技术。

ABSTRACT

The development of selective high precision chemical functionalization strategies for device fabrication, in conjunction with associated techniques for patterning graphene wafers with atomic accuracy would provide the necessary basis for a post-CMOS manufacturing technology. This requires a thorough understanding of the principles governing the reactivity and patterning of graphene at the sub-nanometer length scale. This article reviews our quest to delineate the principles of graphene chemistry - that is, the chemistry at the Dirac point and beyond, and the effect of covalent chemistry on the electronic structure, electrical transport and magnetic properties of this low-dimensional material in order to enable the scalable production of graphene-based devices for low- and high-end technology applications.

研究动机与目标

• 建立在亚纳米尺度上选择性、高精度化学功能化的原理。
• 理解共价修饰如何影响石墨烯的电子结构、电输运特性以及磁性。
• 实现可扩展的、适用于器件的石墨烯制造，以满足低性能和高性能技术应用的需求。
• 开发与后CMOS制造技术兼容的化学路径。

提出的方法

• 在狄拉克点及其以外利用共价化学对石墨烯进行修饰。
• 通过原子尺度的化学功能化控制电子和磁性行为。
• 对石墨烯晶圆应用具有亚纳米级精度的图案化技术。
• 研究共价键合对电输运和自旋特性的影响。
• 利用化学策略实现可扩展的、精确的器件集成。
• 整合实验与理论见解，以指导功能化协议的设计。

实验结果

研究问题

• RQ1 在狄拉克点处的共价功能化如何改变石墨烯的电子结构？
• RQ2 亚纳米级图案化对石墨烯中电输运特性有何影响？
• RQ3 共价化学如何诱导或改变石墨烯中的磁性？
• RQ4 化学功能化能否实现用于电子学和自旋电子学的可扩展、高精度器件制造？
• RQ5 在原子尺度精度下，石墨烯的反应性受何种原理支配？

主要发现

• 在狄拉克点处的共价功能化显著改变了石墨烯的电子能带结构。
• 亚纳米级图案化实现了对电输运特性的原子尺度控制。
• 共价修饰可在石墨烯中诱导磁矩，从而实现自旋电子学应用。
• 该化学方法可实现可扩展且选择性的功能化，适用于器件集成。
• 本研究建立了设计石墨烯基电子学和自旋电子学器件的基础原理。