Learning Centre

Chemically modified and nanostructured graphene

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Harju, Ari, Adjunct Professor, Aalto University, Finland
dc.contributor.author Ijäs, Mari
dc.date.accessioned 2013-09-20T11:31:59Z
dc.date.available 2013-09-20T11:31:59Z
dc.date.issued 2013
dc.identifier.isbn 978-952-60-5289-2 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-5288-5 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/10968
dc.description.abstract After its experimental discovery in 2004, graphene has been the topic of intense research. Its extraordinary linear dispersion relation in the vicinity of the Fermi surface allows the study of relativistic quantum mechanics in a condensed-matter context. The gapless spectrum is beneficial in, for instance, optical applications as the optical absorption is nearly constant in the visible spectrum. In transistor applications, however, the absence of a gap leads to poor on-off ratios. Thus, inducing a gap is of interest for applications, and both quantum confinement as well as chemical modification can be used to achieve this goal. In this thesis, the electronic properties of modified graphene systems are studied using density-functional theory and lattice models. Additionally, a novel lattice density-functional theory approach is introduced. The chemical modification of graphene using chlorine and hydrogen is addressed considering also its chemical environment, a silicon dioxide substrate and a gaseous atmosphere treated using ab initio thermodynamics. Electronic states in finite metal-deposited graphene nanostructures with gaps induced by quantum confinement are studied together with experimental measurements. Finally, the prospect of superconductivity in rhombohedral graphite is addressed by studying flat bands in rhombohedral graphene multilayers. The results add to the understanding of the electronic properties of graphene in complex environments. We clarify the effect of the substrate in hydrogen adsorption on graphene and provide a suggestion to prepare graphene nanoribbons using chlorine to unzip carbon nanotubes. We aid in the interpretation of recent scanning tunneling microscopy experiments on metal-deposited finite graphene nanostructures, as well as provide reference data for the detection of end states in graphene ribbons.  en
dc.description.abstract Grafeeni, tasomainen hunajakennomaisesti järjestäytyneistä hiiliatomeista muodostuva rakenne, on lupaava materiaali muun muassa optisiin sovellutuksiin. Tämä johtuu grafeenin vyörakenteesta, joka fermipinnan läheisyydessä muodostuu lineaarisista toisensa risteävistä energiavöistä. Täten grafeenin varauksenkuljettajat muistuttavat tietyiltä ominaisuuksiltaan relativistisia hiukkasia, mikä on poikkeuksellista kiinteän aineen fysiikassa. Energia-aukko valenssi- ja johtavuusvöiden välillä on kuitenkin toivottava joissain sovellutuksissa, esimerkiksi se mahdollistaisi voimakkaamman signaalin grafeenitransistorin tilojen välillä. Energia-aukko voidaan saada aikaan sekä liittämällä grafeeniin muita kemiallisia ryhmiä, että grafeenirakenteen dimensioita pienentämällä. Tässä väitöskirjassa tutkitaan kemiallisesti muokattujen ja äärellisten grafeenirakenteiden ominaisuuksia käyttäen tiheysfunktionaaliteoriaa ja hilamalleja, sekä esitellään grafeenin kuvaamiseen soveltuva nämä menetelmät yhdistävä hilatiheysfunktionaaliteoriamalli. Grafeenin sähköisten ominaisuuksien muokkaamista vedyn ja kloorin avulla tutkitaan huomioiden grafeenin kemiallinen ympäristö: piidioksidipinta sekä kaasuatmosfääri. Metallipinnoille syntetisoitujen grafeenihiutaleiden energiatiloja mallinnetaan yhteistyössä kokeellisten ryhmien kanssa. Lisäksi tarkastellaan suprajohtavuutta rhombohedrisesti järjestäytyneissä grafeenin monikerrosrakenteissa. Tutkimustyössä selvitettiin substraatin merkitys vedyn kiinnittymisessä grafeenin pinnalle. Lisäksi ehdotettiin menetelmää, jolla grafeeninauhoja voitaisiin valmistaa käyttämällä klooria hiilinanoputkia avaavana reagenssina. Työssä myös selitettiin teoreettisesti grafeeninanorakenteiden pyyhkäisytunnelointimikroskopiamittauksia. Samalla ennustettiin tunnusmerkkejä, joilla grafeenin reunalla olevaa vedyn määrää voidaan mahdollisesti tunnistaa pyyhkäisytunnelointimikroskopiamittausdatan perusteella.  fi
dc.format.extent 178
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 126/2013
dc.relation.haspart [Publication 1]: M. Ijäs, A. Harju. Lattice density-functional theory on graphene. Physical Review B, 82, 235111, 2010.
dc.relation.haspart [Publication 2]: P. Havu, M. Ijäs, A. Harju. Hydrogenated graphene on silicon dioxide surfaces. Physical Review B, 84, 205423, 2011.
dc.relation.haspart [Publication 3]: M. Ijäs, P. Havu, A. Harju, P. Pasanen. Spin-asymmetric graphene nanoribbons in graphane on silicon dioxide. Physical Review B, 84, 041403(R), 2011.
dc.relation.haspart [Publication 4]: M. Ijäs, P. Havu, A. Harju. Fracturing graphene by chlorination: A theoretical viewpoint. Physical Review B, 85, 035440, 2012.
dc.relation.haspart [Publication 5]: M. Ijäs, P. Havu, A. Harju. Interaction of chlorine with Stone-Wales defects in graphene and carbon nanotubes, and thermodynamical prospects of chlorine-induced nanotube unzipping. Physical Review B, 87, 205430, 2013.
dc.relation.haspart [Publication 6]: S. K. Hämäläinen, Z. Sun, M. P. Boneschanscher, A. Uppstu, M. Ijäs, A. Harju, D. Vanmaekelbergh, P. Liljeroth. Quantum-confined electronic states in atomically well-defined graphene nanostructures. Physical Review Letters, 107, 236803, 2011.
dc.relation.haspart [Publication 7]: J. van der Lit, M. P. Boneschanscher, D. Vanmaekelbergh, M. Ijäs, A. Uppstu, M. Ervasti, A. Harju, P. Liljeroth, I. Swart. Suppression of electron-vibron coupling in graphene nanoribbons contacted via a single atom. Nature Communications, 4, 2023, 2013.
dc.relation.haspart [Publication 8]: M. Ijäs, A. Uppstu, M. Ervasti, P. Liljeroth, J. van der Lit, I. Swart, A. Harju. Electronic states in finite graphene nanoribbons: Effect of charging and defects (14 pages). Accepted for publication in Physical Review B, 2013.
dc.relation.haspart [Publication 9]: N. Kopnin, M. Ijäs, A. Harju, T. Heikkilä. High-temperature surface superconductivity in rhombohedral graphite. Physical Review B, 87, 140503(R), 2013.
dc.subject.other Physics en
dc.title Chemically modified and nanostructured graphene en
dc.title Kemiallisesti muokattu grafeeni ja grafeeninanorakenteet fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Science en
dc.contributor.department Teknillisen fysiikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Applied Physics en
dc.subject.keyword graphene en
dc.subject.keyword tight-binding en
dc.subject.keyword functionalization en
dc.subject.keyword scanning tunneling microscopy en
dc.subject.keyword grafeeni fi
dc.subject.keyword tight binding-malli fi
dc.subject.keyword tiheysfunktionaaliteoria fi
dc.subject.keyword kemiallinen muokkaaminen fi
dc.subject.keyword pyyhkäisytunnelointimikroskopia fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-5289-2
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Nieminen, Risto, Aalto Distinguished Professor, Aalto University, Finland
dc.opn Mazzarello, Riccardo, Professor, RWTH Aachen, Germany
dc.date.dateaccepted 2013-08-15
dc.rev Koskinen, Pekka, Dr., University of Jyväskylä, Finland
dc.rev Seitsonen, Ari, Dr., University of Zürich, Switzerland
dc.date.defence 2013-09-13
local.aalto.digifolder Aalto_66703
local.aalto.digiauth ask


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

Statistics