二維類石墨烯層狀材料上量子點的研究.pdf

1、量子點作為實現(xiàn)量子計算的一種可能方式之一，受到了很多科研工作者的關注。本文主要對二維類石墨烯層狀材料上的量子點在低溫環(huán)境下的輸運性質(zhì)展開實驗研究。不同于傳統(tǒng)的半導體材料，二維類石墨烯層狀材料有著更薄的厚度、更好的柔韌性以及更容易與不同襯底相連等優(yōu)勢。本文主要對兩類二維材料上的量子點進行了研究:一是石墨烯;二是過渡金屬二硫化物。具體來說，本文的主要內(nèi)容包括;
　　1.簡單介紹研究背景，包括量子計算的基本概念及其物理實現(xiàn)的方法。針對半

2、導體量子點，這一可能的量子計算物理實現(xiàn)方法，我們介紹了表述其的基本理論——常相互作用模型。利用這個簡單的模型，可以解釋諸如庫侖阻塞、庫侖振蕩、單量子點的庫侖菱形圖以及雙量子點的蜂窩圖等很多的基本實驗現(xiàn)象。最后我們介紹了量子點接觸QPC、光子輔助隧穿PAT以及量子點中的弛豫時間和退相干時間等相關概念。
　　2.介紹了在二維材料量子點實驗中使用到的微納加工儀器。詳細的介紹了不同樣品的具體加工流程，并對其中的相關步驟和注意事項作了闡述和

3、解釋。最后簡要介紹了實驗中使用的低溫測量平臺以及外圍電學測量儀器。
　　3.簡要介紹了石墨烯的基本性質(zhì)以及鑒別石墨烯層數(shù)的方法。在此基礎上，我們制備了石墨烯刻蝕單量子點以及雙量子點，并觀測到了相應的庫侖菱形圖和蜂窩圖。隨后，為了研究石墨烯量子點中的相干性，我們對石墨烯器件中的噪聲進行了研究。通過將石墨烯器件懸浮于襯底之上，我們可以研究石墨烯器件中噪聲的來源。我們比較了懸浮和非懸浮的石墨烯器件之間歸一化的噪聲水平，并將我們制備的石墨

4、烯量子器件上的噪聲與傳統(tǒng)半導體量子器件和石墨烯經(jīng)典器件中的噪聲水平進行了比較。得到了石墨烯納米器件中更大的噪聲主要是來自于石墨烯中的邊界缺陷的影響這一結(jié)論，并給出了一個簡單的模型定性的解釋實驗結(jié)果。
　　4.簡要介紹了過渡金屬二硫化物的基本性質(zhì)以及判斷層數(shù)的方法。接著介紹了我們制備的硫化鎢場效應晶體管的性質(zhì)。背柵電極和頂部門電極電壓都對器件的源漏電流有開關作用，展示出很好的開關特性。在此基礎上，我們在硒化鎢材料上制備得到了門控量子

5、點，并在其上觀測到了庫侖菱形和庫侖振蕩現(xiàn)象。進一步我們展示了頂部門電極對量子點大小的調(diào)制作用，這一結(jié)果與我們用COMSOL軟件的模擬結(jié)果一致。與此同時，我們利用相似的方法在硫化鎢上制備了量子點，研究其庫侖振蕩的規(guī)律。我們發(fā)現(xiàn)無論是硫化鎢量子點還是硫化鎢上雜質(zhì)缺陷，它們展現(xiàn)出的庫侖峰的峰高以及半高全寬隨溫度變化的關系，都符合傳統(tǒng)半導體量子點的理論。這一與之前在石墨烯上的結(jié)果不一樣的發(fā)現(xiàn)，表明我們制備的這種“無邊界態(tài)”的量子點結(jié)構(gòu)中并不存在

6、無序的束縛勢，而這一無序的束縛勢與石墨烯量子點中偏大的勢場漲落之間有著密不可分的聯(lián)系。
　　本文的主要創(chuàng)新點有:
　　1.在實驗上制備了懸浮于襯底之上的石墨烯納米條帶器件并觀測到了庫侖阻塞以及庫侖振蕩的現(xiàn)象。并首次在其上進行了1/f噪聲的測量，標定了石墨烯量子器件中的噪聲水平。
　　2.通過測量和比較懸浮和非懸浮的石墨烯納米條帶中的低頻1/f噪聲，探究石墨烯納米器件中1/f噪聲的來源。首次證明其并非來源于襯底，而是由邊

7、界缺陷引入的。
　　3.在實驗上首次制備了基于二維過渡金屬二硫化物硒化鎢材料的門控量子點，此結(jié)構(gòu)避免了邊界態(tài)的影響。在這種量子點中觀察到了連續(xù)的庫侖菱形結(jié)構(gòu)，同時展示了電極電壓對于量子點大小的調(diào)節(jié)作用，并與理論模擬的結(jié)果進行比較，符合預期的設計。
　　4.在實驗上首次制備了基于二維過渡金屬二硫化物硫化鎢材料的門控量子點，并首次詳細研究了硫化鎢材料上庫侖振蕩的性質(zhì)。其中的庫侖振蕩與石墨烯中性質(zhì)不同，呈現(xiàn)出規(guī)則的、不依賴于能量大