復(fù)合型狄拉克材料的制備及性質(zhì)研究.pdf

1、狄拉克材料是近幾年涌現(xiàn)的一種新型二維量子功能材料,其載流子有效質(zhì)量為零，能量和動(dòng)量之間滿足線性關(guān)系，需要用相對(duì)論狄拉克方程描述。最具有代表性的當(dāng)屬石墨烯和拓?fù)浣^緣體,其獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)引起了科學(xué)界在實(shí)驗(yàn)與理論方面的廣泛研究。三維拓?fù)浣^緣體Bi2Se3,布里淵區(qū)只一個(gè)狄拉克錐，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有固定的化學(xué)原子計(jì)量比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易合成。作為目前材料研究領(lǐng)域中最接近理想狀態(tài)的一種強(qiáng)拓?fù)浣^緣體材料，近幾年已經(jīng)吸引了大量科研工作者的研究興趣。二維層狀

2、結(jié)構(gòu)的Bi2Se3材料具有較大的表面積體積比，較強(qiáng)的拓?fù)湫再|(zhì)使其可能應(yīng)用于未來(lái)的自旋電子器件。石墨烯是單層碳原子組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的二維晶體，由于和拓?fù)浣^緣體Bi2Se3均為層狀材料,在其界面上也是依靠范德瓦爾斯型的弱相互作用而相互粘結(jié)，這使得襯底和薄膜間晶格失配所導(dǎo)致的應(yīng)力能對(duì)生長(zhǎng)的影響很小。因此石墨烯為高質(zhì)量Bi2Se3外延薄膜的生長(zhǎng)提供了一個(gè)很好的襯底。
　　本文總結(jié)了狄拉克材料的發(fā)展及其復(fù)合型狄拉克材料的制備與性質(zhì)，選取了狄拉

3、克材料中最具代表性的石墨烯和Bi2Se3作為研究對(duì)象。采用經(jīng)濟(jì)高效的化學(xué)氣相沉積（CVD）法制備三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合型狄拉克材料，其研究?jī)?nèi)容有：
　?。?）通過(guò)CVD方法在富Se環(huán)境下在SiO2襯底上直接生長(zhǎng)Bi2Se3，探究富Se環(huán)境對(duì)Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)質(zhì)量的影響。當(dāng)高純 Bi2Se3粉末和Se粉以6:1比例混合作蒸發(fā)源時(shí)，Se由于具有較低的熔沸點(diǎn)而提前蒸發(fā)出來(lái)，充滿整個(gè)反應(yīng)爐腔，使得整個(gè)反應(yīng)過(guò)程在富Se環(huán)境下進(jìn)行，在Bi2S

4、e3生長(zhǎng)過(guò)程中多余的Se吸附在納米片的邊緣并形成懸掛鍵來(lái)誘導(dǎo)Bi2Se3納米片的橫向生長(zhǎng)。另外，富Se環(huán)境可以有效緩解Bi2Se3生長(zhǎng)過(guò)程中的Se空位問(wèn)題。
　?。?）以石墨烯作為襯底，采用CVD方法制備Bi2Se3納米薄膜，并探究石墨烯襯底對(duì)Bi2Se3生長(zhǎng)質(zhì)量的影響。由于Bi2Se3和石墨烯均為層狀材料,在其界面上主要是范德瓦爾斯型的弱相互作用形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，因此,底層石墨烯為上層Bi2Se3納米薄膜的生長(zhǎng)充當(dāng)了很好的襯底。石

5、墨烯與Bi2Se3薄膜間的范德瓦爾斯弱相互作用，使石墨烯的面內(nèi)振動(dòng)峰2D發(fā)生了紅移現(xiàn)象。
　　（3）用化學(xué)氣相沉積的方法預(yù)沉積Se做生長(zhǎng)點(diǎn)，探究Se對(duì)Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)質(zhì)量的影響。用Se做生長(zhǎng)點(diǎn)有利于Bi2Se3納米結(jié)構(gòu)的橫向生長(zhǎng)，提高了Bi2Se3薄膜的生長(zhǎng)質(zhì)量，并且使得Se與Bi的原子比例更加接近1.5這一標(biāo)準(zhǔn)值
　　（4）將制得的Bi2Se3/Graphene(Bi2Se3/G)樣品取出后立即用濕法轉(zhuǎn)移一層石墨烯