«Σεμινάριο Φυσικής» Μπίκα Αικατερίνη ΣΕΜΦΕ-ΕΜΠ Chemical Vapor Deposition, Graphene Foam, SEM 1

2

3

Γραφίτης Τα επίπεδα άνθρακα συγκρατούνται μεταξύ τους με ασθενείς δυνάμεις Van der Waals 4

Άτομα άνθρακα: υβριδισμός σ και π δεσμοί σ δεσμοί στις 2D 5

6

Chemical vapor deposition (CVD) σε λεπτά φύλλα μετάλλου «Επιταξιακή» ανάπτυξη (epitaxial growth) πάνω σε μονοκρύσταλλους –SiC Oξείδωση- «απολέπιση» –αναγωγή (Oxidation- exfoliation-reduction) σκόνης γραφίτη «Unzipping» carbon nanotubes (CNTs) 7

Scanning Electron Microscopy (SEM), επίπεδα γραφενίου 8

Νεολιθική εποχή ~4000 BC: Στη σημερινή Βουλγαρία και Ρουμανία χρησιμοποιούσαν γραφίτη για τη διακόσμηση κεραμικών 1565 :ανακάλυψη μεγάλων ποσοτήτων γραφίτη (Cumbria, England) 1946 : πρώτη θεωρητική ανάλυση γραφίτη από τον P. R. Wallace Στρώσεις γραφίτη πάνω σε άλλα υλικά από το : Οι Andre Geim και Κonstantin Novoselov απομονώνουν στρώματα γραφενίου 2010: Βραβείο Nobel για Geim και Novoselov CNTs SEM 9

Άρθρα για το Γραφένιο Άρθρα του Andre Geim 10

Φορείς με μοναδικές ιδιότητες (κινητικότητα, ενεργός μάζα, σκέδαση) Εξαιρετικός συνδυασμός μηχανικών και θερμικών ιδιοτήτων Γραμμική σχέση διασποράς: «σχετικιστικά» φαινομένα σε μη- σχετικιστικές ταχύτητες Πληθώρα εφαρμογών Επίπεδα γραφενίου, SEM Cross section highly reduced graphene oxide Amin Salehi-Khojin et al., Advanced Materials

Φορείς συμπεριφέρονται σαν άμαζα φερμιόνια Dirac, αλλά με u f << c : Ε( K) γραμμική διασπορά 0 Σχετικιστική ενέργεια Σημείο Dirac 12

ARPES: Angle Resolve Photoemission Spectroscopy Eli Rotenburg et al., Berkeley Lab 13

3.Μέση ελεύθερη διαδρομή (mean free path) μερικά μm Βαλλιστική διάδοση φορέων ν=1,2,3,… κβαντισμένο μέγεθος 1.Integer Quantum Hall Effect: παρουσία ισχυρού μαγνητικού πεδίου και σε χαμηλές Τ η αγωγιμότητα Hall : 2.Κlein Paradox: αν δυναμικό που εφαρμόζεται ~ eV τότε Τ≈1 14

Graphene Nanoribbons (GNRs) με άκρα: «unzpipping» CNTs Στη πραγματικότητα: τα άκρα είναι «μίγμα» armchair & zigzag Τραχύτητα/ανομοιομορφία  κρίσιμος παράγοντας  θέλουμε έλεγχο 15

Ενεργειακό χάσμα (Eg) νανολωρίδων μεταβάλλεται σύμφωνα με: Scanning Tunneling Microscope (STM) lithography Caterina Soldano et al., Centre d’Elaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales 16

FET (Field- Effect Transistor) Θέλουμε: 1.γρήγορη ανταπόκριση 2.ξεκάθαρο On/off 3. μη-μηδενικό 4.Φορείς μεγάλη κινητικότητα, μ ΜΟSFET (metal-oxide- semiconductor FET) Γιατί το γραφένιο; 1.μ~ Έυκολα ρυθμιζόμενο μέγεθος γέφυρας 3.Υψηλή πυκνότητα ρεύματος 4.Μικρότερο 17

Chinese Academy of Sciences, 2010 Frank Schwierz et al,Nature,

Spin Σιδηρομαγνητισμός κατά μήκος των άκρων Όμως στο σύνολο : 1. Αντισιδηρομαγνητισμός 2.Μαγνητική ροπή=0 Spin 19

Son et al (2006): Εξωτερικό ηλεκτρικό μεδίο  ημι-μεταλλικότητα Μεταλλικές καταστάσεις με S +μονωτικές καταστάσεις με S ’ Δυνατή η «χειραγώγιση» spin με ηλεκτρισμό Electronics  q Spintronics  s 20

Εύπλαστο Ηλεκτρονικές, οπτικές, και φωνονικές ιδιότητες μπορούν να μεταβληθούν έντονα με παραμορφώσεις Τάση  μεταβολή ενεργειακών ζωνών Οξείδιο του γραφενίου Α. σκληρό, εύπλαστο, διαφανές και μονωτικό Β. πορώδες, εύθραυστο, αδιαφανές, και μεταλλικό R.Nair et al, Manchester 21

Breaking strength ~ 40 N/m  πολύ μεγάλη μηχανική αντοχή Θερμική αγωγιμότητα (σε Θερμ.δωμ) Θερμοκρασία τήξης; Μετάβαση φάσης; Εικόνα TEM από επίπεδα γραφενίου που διπλώθηκαν το ένα πάνω στο άλλο ( Michael V. Lee et al., International Center for Materials Nanoarchitectonics) 22

23

GBMGBM GBMs (Graphene Based Materials) 24

25

26 ……!

1. O.V.Yazyev, Rep. Prog. Phys. 73, ,(2010) 2. A. K. Geim,Science 324, 1530 (2009) 3. A. H. Castro Neto et al.,Rev. Mod. Phys., 81,109,(2009) 4. Y.Sun et al., Energy Environ. Sci., 4, 1113, (2011) 5. L.Tsetseris and T.Pandelides, Appl. Phys. Lett. 99, (2011) 6.Xiaolin Li et al., Science 319,122, (2008) 7. C.Soldano et al., Science Direct, 48, 2127 (2010) 8. Changyao Chen et al.,, Columbia University, 10.6, Fengnian Xia et al., IBM Thomas J. Watson Research Center 10. Yasushi Iyechika,Sci. & Techn. Tr., 5,76, unzipped/0 unzipped/