苯制备低维碳基纳米结构及其与磁性原子相互作用的研究

【摘要】低维碳基纳米材料因其独特的物理和化学性质受到广泛的关注,具有代表性的低维碳基纳米材料如石墨烯、石墨烯纳米条带、碳纳米管、富勒烯、有机链和有机薄膜展现出了在下一代晶体管、光电器件、生物传感器等领域的巨大前景。这些低维碳基材料除了本征的独特性质外,还可以和一些特定金属原子结合产生新的性质。如进行碱金属掺杂,一些体系变为超导体。作为过渡金属的组装模板或包络母体可构造自旋电子学器件或单分子磁体,这些体系还可能会产生近藤效应,研究近藤效应对于理解强关联具有非常重要的意义。在本论文中,我们利用低温扫描隧道显微镜研究了一种新的未被报道过的低维碳基纳米结构,这种纳米结构以苯为碳源在Cu(111)面利用超高真空化学气相沉积方法制备而得,我们还研究了该纳米结构与钻原子的相互作用。在第一章我们介绍扫描隧道显微镜的发展历史、基本理论、硬件,本论文中所使用扫描隧道显微镜的基本情况,还介绍密度泛函理论以及其用于扫描隧道显微镜模拟的基本方法。第二章首先介绍一些低维碳基材料,然后详细描述苯超高真空化学气相沉积制备该纳米结构的基本方法,扫描隧道显微镜和X射线光电子谱表征的结果,以及密度泛函理论模型计算的结果。结果发现该纳米结构在Cu(111)表面具有c(2×7)重构特征,并且具有半导体特征,能隙大小约为0.8eV,结合X射线光电子谱推测该纳米结构具有共轭π电子体系,并且具有边界,有铜原子参与成键,根据这些实验信息,我们推测了一种聚苯基模型,并进行了密度泛函理论计算,模拟的图像和谱与实验符合的较好。在第三章中,首先介绍磁各向异性和近藤效应,然后描述我们在该纳米结构上沉积钴原子并进行扫描隧道显微学表征的过程。发现即便在室温下,钴原子也能分散在该纳米结构上而不聚合成岛,如果在400K下退火30分钟,钴原子会扩散到特定的位置从而形成局部有序的链状排列。微分电导谱显示钴原子在该纳米结构上表现出近藤效应,表明钴的磁性仍然得到保持。我们对钾原子在该纳米结构表面的吸附行为也进行了简单的研究。
【作者】韩清华；
【导师】赵爱迪；
【作者基本信息】中国科学技术大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】碳纳米结构；低维；扫描隧道显微镜；超高真空化学气相沉积；苯；Cu(111)；钴；磁各向异性；近藤效应；

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