具有原子精度边界的扶手型石墨烯纳米带的扫描隧道显微镜研究

Graphene, a single sheet of sp2-bonded carbon atoms in a honeycomb lattice having many exotic properties, has attracted great interests in both academia and industry. Band gap engineering in graphene is essential in its application in electronic devices. Theoretically, a promising way to bandgap opening is to reduce the physical size of graphene down to nanometer scale. In this project, small organic molecules with special functional groups are used to synthesize graphene nanosribbons (GNRs) with pre-defined atomic precise edges via surface-assisted polymerization and dehydrogenation. Using low temperature scanning tunnelling microscopy, we will investigate the underlying mechanism of the formation of GNRs to controllably synthesize GNRs in different size. The structural properties and corresponding electronic properties of the grown GNRs will be studied.We will attempt to build Silicene-GNRs nano heterojunctions on Ag(111) to investigate the interface between them at atomic scale. We hope the proposed investigations will help to understand the growth and electronic properties of GNRs. We also hope our researches will provide possible avenue for industrial application of graphene in the future.

石墨烯是由单层碳原子按蜂窝状排列而成的二维晶体，具有很多奇异的性质和巨大的应用前景。如何使石墨烯由半金属转变成半导体，是当今学术界关注的热点之一。理论计算预言，将石墨烯变成一维带状纳米结构是一种有效的方法。在本项目中，我们将选用带有特定官能团的有机小分子DBBA，利用金属表面的催化作用和分子之间的聚合作用，原位合成具有原子精度边界的扶手型石墨烯纳米带；我们将以研究其生长机理为出发点，争取实现不同长度和宽度的石墨烯纳米带的可控生长；并用低温扫描隧道显微镜等技术对其原子结构以及相应的电子结构进行研究；我们将尝试构造硅烯-石墨烯的纳米异质结，并在原子尺度上研究这两种单原子层晶体的界面效应。我们希望通过这些研究可以进一步了解石墨烯纳米带的物性并为拓展石墨烯的应用提供深入的途径和可能的技术手段。

自下而上地制备具有原子级精度边界的石墨烯纳米带是实验研究石墨烯量子限域条件下新奇物理性质的基本前提。本项目开展的三年中，我们利用多种超高真空表征方法（LT-STM、LEED、PES等）结合第一性原理计算系统地研究了功能前驱体10,10’-dibromo-9,9’-bianthryl（DBBA）、Hexabromobenzene (HBB)等在多种表面的自组装过程，以及生成石墨烯纳米结构的过程，发现前驱体分子与所选基底之间的作用对石墨烯纳米结构有很显著的影响，发表多篇学术论文，申请专利一项，受邀多次在国际会议上做邀请报告和口头报告。.我们的研究表明：.1、虽然HBB可以用于在低温下制备石墨烯，但是在Au（111）表面上，在卤键和气态金原子的竞争作用下，HBB会自组装成四方和六方结构；由于和基底的作用较弱，不能形成石墨烯纳米结构，结果发表在ACS Nano 2016, 10, 3198−3205上。.2、非平面分子DBBA可以通过与基底相互作用，改变其分子构型，进而影响到C-Br键：，DBBA可以通过vdw作用在Ag（111）上自组装成多种不同手性结构，在Au（111）上形成一种超致密的有序结构，不影响石墨烯纳米带的形成，单层Bismuth能明显消弱基底对DBBA的催化作用；在Cu（111）上，DBBA直接脱溴，和基底紧密结合，形成有机玻璃态结构，阻碍了纳米带的形成。受邀在SICC-9，singapore上作了邀请报告，论文正在撰写中。..在项目的支持下我们有一些其它的发现：.1、快速退火导致的化学气相沉积MoS2的断裂和卷曲，受邀在ICEM-2016，singapore做邀请报告，发表多篇论文。.2、发现一种新的kagome结构的二维的单层Bismuth结构，正在进行深入研究。..这些研究成果可以进一步了解二维晶体的物性并为拓展其应用提供深入的途径和可能的技术手段。

内容获取失败，请点击重试