Rastertunnelmikroskopie und elektrischer Transport in Graphen und Au(111)

Geringer, Viktor; Morgenstern, Markus

doi:30420

Rastertunnelmikroskopie und elektrischer Transport in Graphen und Au(111) = Scanning tunneling microscopy and electrical transport in graphene and Au(111)

Geringer, Viktor (Author)

2010

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Viktor Geringer

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2010

UmfangII Bl., II, 155 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2010

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Morgenstern, Markus (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2010-12-02

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-34923
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/63833/files/3492.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Graphen (Genormte SW) ; Rastertunnelmikroskop (Genormte SW) ; Kristallstruktur (Genormte SW) ; Streuung (Genormte SW) ; Morphologie (Genormte SW) ; Physik (frei) ; Korrugation (frei) ; graphene (frei) ; STM (frei) ; crystal structure (frei) ; corrugation (frei) ; electronic scattering (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von morphologischen und elektronischen Eigenschaften von Graphen. Mittels Rastertunnelmikroskopie wurde eine systematische Studie der Kristallstruktur sowie der morphologischen Struktur von Graphen auf einem Siliziumdioxid-Substrat durchgeführt. Die mikroskopischen Untersuchungen mit atomarer Ortsauflösung zeigen, dass die Oberflächenstruktur von Graphen ein variationsreiches Korrugationsverhalten besitzt. Neben der substratinduzierten langwelligen Korrugation kann Graphen durch eine partielle Entkopplung vom Substrat eine intrinsische kurzwellige Korrugation mit einer präferentiellen Wellenlänge von 15 nm entwickeln. Die starke Deformation der Graphenmembran induziert dabei effektives Vektor- und Skalarpotentiale, die den Ladungstransport in diesem System beeinflussen können. Komplementär dazu wurden elektrische Transportmessungen durchgeführt, um die Effekte einer lithographischen Kontamination auf den Ladungsträgertransport in sauberem Graphen makroskopisch zu studieren. Eine direkte Detektion der elektronischen Streuung konnte in einer energieabhängigen Untersuchung mittels Rastertunnelmikroskopie an einer Graphenstufenkante sowie an punktförmigen Störstellen beobachtet werden. Die gittersymmetriebrechenden Streuer koppeln die elektronischen Zustände von zwei nicht äquivalenten K-Punkten im reziproken Rahmen miteinander und führen so zu einer intensiven Rückstreuung in Graphen. Neben dem Graphen, einem pseudo relativistischen zweidimensionalen elektronischen System, wurde zusätzlich das elektronische Streuverhalten in einem klassischen zweidimensionalen System untersucht. Mittels Rastertunnelspektroskopie konnte ein überraschender Effekt der Elektronenwellenleitung in einem periodischen Potential auf der Au(111)-Oberfläche festgestellt werden. Diese Messungen zeigen, dass Elektronen mit einer zwanzigfach höheren Energie durch das niedrige Streupotential (40 meV) kanalisiert werden können.

This thesis describes an investigation of morphologic and electronic properties of graphene. Using scanning tunneling microscopy (STM), a study of the crystallographic and morphologic structure of graphene on silicon dioxide was performed. The microscopic investigations with atomic resolution show strong variations of the surface corrugation of this system. Besides the substrate induced long range corrugation, graphene features an intrinsic short range corrugation with a preferential wave length of about 15 nm due to a partial decoupling from the substrate. A strong deformation of the graphene membrane induces effective vector and scalar potentials, which can modify the charge carrier transport in this system. In addition, complementary electrical transport measurements were performed, in order to determine macroscopically the effects of lithographical contaminations on the charge carrier transport in clean graphene. Electronic scattering could be observed by means of an energy dependent STM study on a graphene step edge and point impurities.The disorder breaks the lattice symmetry and couples the electronic states of two inequivalent K points in reciprocal space leading to a pronounced backscattering. In addition to graphene, a pseudo relativistic two-dimensional electronic system, the electronic scattering behavior of a classical two-dimensional system has been investigated. Using scanning tunneling spectroscopy a surprising effect of electron wave guiding in a periodic potential on the Au(111) surface was detected. STS measurements show, that electrons with an energy 20 times higher than the scattering potential can be channelled by this low potential (40 meV).

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