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http://hdl.handle.net/1843/ESCZ-7ZEG7B| Tipo: | Tese de Doutorado |
| Título: | Estudo das propriedades de transporte elétrico de grafeno hidrogenado |
| Autor(es): | Daniel Cunha Elias |
| Primeiro Orientador: | Elmo Salomão Alves |
| Primeiro Coorientador: | Flavio Orlando Plentz Filho |
| Primeiro membro da banca : | Andre Santarosa Ferlauto |
| Segundo membro da banca: | Helio Chacham |
| Terceiro membro da banca: | CAIO HENRIQUE LEWENKOPF |
| Resumo: | O grafeno é um cristal estritamente bidimensional, formado por átomos de carbonos hibridizados na forma sp2, configurados em uma rede cristalina conhecida como favos-de-mel. Este material é um semicondutor de gap nulo, cujas bandas de valência e de condução são simétricas e apresentam uma relação de dispersão linear em torno dos pontos K e K' da primeira zona de Brillouin. Além disso, ele é caracterizado por possuir as ligações interatômicas mais fortes conhecidas entre os sólidos. Amostras de grafeno podem ser obtidas pelo método de clivagem micromecânica e podem ser localizadas utilizando um microscópio óptico, quando depositadas sobre um substrato adequado. As curvas de resistividade em função da tensão de porta grafeno, mostram um pico em torno de um ponto de neutralidade, cuja resistividade é ~h/4q02, independente da temperatura. A posição do ponto de neutralidade indica a dopagem nesse material e, fora dessa região, o transporte nessas amostras é dominado por elétrons ou buracos, o que pode ser selecionado pela tensão de porta. As curvas de magnetotransporte obtidas em amostras de grafeno apresentam anomalias no efeito Hall quântico e nas oscilações Shubnikov-de Haas, que são atribuídas à quiralidade desses sistemas. Neste trabalho, estudamos de curvas de resistividade em função da tensão de porta, obtidas em diferentes temperaturas. Com isso, concluímos que o transporte elétrico no grafeno é fortemente influenciado por fatores extrínsecos. Contudo, os espalhadores intrínsecos constituem um limite real para essa mobilidade, que estimamos poder chegar ~200000 cm2V-1s-1 à temperatura ambiente. Este é o maior valor de mobilidade intrínseca já estimada para um sólido. Análises da variação da resistividade em função da temperatura mostram que esse mecanismo de espalhamento pode ser explicado qualitativamente por um modelo de fônons flexurais confinados em ondulações da amostras, que são induzidas durante o processo de deposição das amostras. Estudamos, também o processo de hidrogenação reversível de amostras de grafeno, submetendo essas amostras a um plasma de hidrogênio. Essa hidrogenação acontece modificando a hidridização dos átomos de carbono ligantes de sp2 para sp3, o que resulta em mudanças topológicas e de condução, que influenciam os resultados das medidas de transporte elétrico, espectroscopia Raman e difração de elétrons que realizamos. Com essas medidas, concluímos que essa hidrogenação ocorre de forma não uniforme e é mais eficiente em membranas suspensas que em amostras depositadas. Também mostramos que esse processo de hidrogenação é reversível após as amostras serem submetidas a um tratamento térmico a 400ºC. Esse trabalho demonstra a possibilidade de se utilizar o grafeno na construção de um dispositivo de estocagem de hidrogênio e é uma evidencia de um novo material conhecido como grafano. |
| Abstract: | Graphene is a strictly two-dimensional material with carbon atoms arranged in honeycomb lattice with strong sp2 bonds. It has as a peculiar linear dispersion around the K and K points of the Brillouin zone. Graphene samples are obtained by micromechanical cleavage and can be located on the top of a properly chosen substrate by using an optical microscope. The measured resistivity as a function of gate voltage of a graphene Hall device shows a maximum value of ~h/4 at the neutrality point which is temperature independent. Electrical transport in a graphene device is due either to electron or holes which are selected by the sign of the applied gate voltage. This material presents an anomalous quantum Hall effect which is attributed to the chirality of the charge carriers in this system. In this work, we have measured the resistivity versus gate voltage of graphene devices at different temperatures and show that electrical transport in this material is strongly affected by extrinsic scatters. Intrinsic scatters can limit the carrier mobilities to values as high as ~200 000 cm2V-1s-1, at room temperature. Analysis of the resistivity of graphene samples at different temperatures show that this scattering is due to flexural phonons confined in ripples which are formed in graphene. We have also demonstrated a process of reversible hydrogenation of graphene. Hydrogenation of graphene is carried out by submitting samples of this material to a hydrogen plasma. In this process, the hybridization of carbon atoms changes from sp2 into sp3 leading to observable changes in its structure and in its electrical conduction. These findings have been confirmed by electrical transport measurements, Raman studies and by transmission electron studies. We show that hydrogenation of graphene is not uniform and is more effective in free-standing membranes than for graphene on a substrate. The hydrogenation is a reversible process and the sample properties can be restored by annealing. We show that it is possible to use graphene to store hydrogen and also show evidence of a graphane material. |
| Assunto: | Transporte eletrico Física Grafeno |
| Idioma: | Português |
| Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Sigla da Instituição: | UFMG |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/ESCZ-7ZEG7B |
| Data do documento: | 2-Abr-2009 |
| Aparece nas coleções: | Teses de Doutorado |
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