Manipulation der elektronischen Eigenschaften von Graphen und Goldinseln in Moiré-Mustern

Abstract

Zweidimensionale Materialien wie Graphen zeichnen sich durch Eigenschaften aus, die sie interessant für neue und nanoskalige Anwendungen machen. In Graphen sind die geometrische und elektronische Struktur miteinander verknüpft. Die Auswirkungen von periodischen Deformationen, sogenannten Moiré-Muster, des Graphens auf die elektronischen Eigenschaften wurden untersucht. Rastertunnelmikroskopie erlaubt atomare Auflösung und die Charakterisierung des Moiré-Musters. Mittels Rastertunnelspektroskopie kann man die Variation der elektrischen Eigenschaften des Graphens auf verschiedenen Substraten auf einer Längenskala von weniger als einem Nanometer messen. Dadurch kann innerhalb des Moiré-Musters die unterschiedliche Stärke der Hybridisierung zwischen dem Rhodium-Substrat und dem Graphen gemessen werden. Diese Hybridisierung hängt stark vom Abstand zwischen Graphen und Rhodium ab. Moiré-Muster können auch als Schablone für die Erzeugung von Metallinseln mit Durchmessern von wenigen Nanometern verwendet werden. Die Auswirkungen der Abstandsänderung zwischen Graphen und Substrat wirken bis in adsorbierte Metallinseln hinein. Eine induzierte Potentialdifferenz zwischen Graphen und Metallinsel durch den Materialkontakt führt zu der Beobachtung von Einzelelektronentunneln. Die Untersuchungen zeigen, dass eine Funktionalisierung des Graphens damit möglich ist und sie stellen einen Ansatz für die Fertigung nanoskaliger Bauelemente dar.

Two-dimensional materials such as graphene are characterized by properties that make them interesting for new and nanoscale applications. In graphene the geometric and electronic structures are linked. The effects of periodic deformations, so-called Moiré patterns, of graphene on the electronic properties were investigated. Scanning tunneling microscopy allows atomic resolution and the characterization of the Moiré pattern. Scanning tunneling spectroscopy can be used to measure the variation in the electrical properties of graphene on a length scale of less than one nanometer. Moiré patterns can be used to locally measure the different levels of hybridization on substrates that interact strongly with the graphene. This influence is strongly related to the distance between graphene and substrate. Moiré patterns can also be used as a template for the production of metal islands with diameters of a few nanometers. The effect of the change in the distance between the graphene and the substrate affects the metal islands. An induced potential difference between graphene and metal island due to the materials contact leads to the observation of single electron tunneling. The investigations show that a functionalization of the graphene is possible and is an approach for the fabrication of nanoscale components.