Molecular self-assembly and local electronic properties of graphene probed by scanning tunnelling microscopy
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science |
Doctoral thesis (article-based)
| Defence date: 2015-11-20
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2015
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
76 + app. 36
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 178/2015
Abstract
Even since its experimental discovery in 2004, graphene has been enjoying enormous research attention. Due to its many remarkable properties, graphene has been suggested for a large variety of applications, such as flexible displays, conductive inks, and energy storage. One of the most intensively studied research directions is the development of graphene-based electronics. Due to the semimetallic character of graphene, the opening of a band gap is a necessity for using graphene in logic transistors. Thus, various methods to open the band gap of graphene have been studied. One of the proposed methods is the non-covalent modification of graphene with molecular layers. Apart from opening the band gap, self-assembled molecular layers could also be used for the controllable doping of graphene. In this work, we have studied self-assembled molecular layers on different graphene surfaces by scanning tunnelling microscopy and probed the properties of graphene on insulators with scanning tunnelling spectroscopy. In order to study the intrinsic electronic properties of graphene, it has to be transferred on an insulating substrate. Thus, the first part of the thesis work consisted of the development of growth, transfer and cleaning processes for graphene samples. First, the self-assembly of molecular layers on graphene transferred on hexagonal boron nitride and silicon dioxide substrates and molecule-substrate interaction were studied. Second, the self-assembly of different phthalocyanine molecules was studied on a graphene model surface, and the interaction between the molecules and the substrate was further investigated. Finally, the specific properties of graphene transferred on insulating substrates were studied with scanning tunnelling spectroscopy, and a corresponding mathematical model was developed. In short, this thesis demonstrates the significance of surface corrugation of graphene for molecular self-assembly, studies the self-assembly behaviour of different phthalocyanines and explores the intrinsic properties of graphene transferred on insulating substrates.Grafeenia on tutkittu kiihkeästi vuodesta 2004 alkaen, jolloin se eristettiin kokeellisesti ensimmäisen kerran. Tällä yhden atomikerroksen paksuisella, hiiliatomeista koostuvalla materiaalilla on erittäin poikkeukselliset sähköiset, mekaaniset ja optiset ominaisuudet, ja sitä onkin ehdotettu moniin sovelluksiin. Eräs tutkituimmista sovelluskohteista on grafeenipohjainen elektroniikka. Grafeenin käyttöä logiikkatransistoreissa kuitenkin rajoittaa sen puolimetallisuus, ja niinpä useita tapoja avata grafeenin energia-aukko on tutkittu. Eräs ehdotetuista menetelmistä energia-aukon avaamiseksi on grafeenin muokkaaminen ei-kovalenttisesti itsejärjestyneiden molekyylikerrosten avulla. Itsejärjestyneitä molekyylikerroksia voidaan hyödyntää myös grafeenin hallitussa seostamisessa epäpuhtauksilla. Tässä väitöskirjatyössä on tutkittu itsejärjestyneitä molekyylikerroksia grafeenilla pyyhkäisytunnelointimikroskopian ja -spektroskopian avulla. Jotta grafeenin sähköisiä ominaisuuksia voitaisiin tutkia, tulee grafeeni siirtää eristävälle pinnalle. Niinpä työn ensimmäinen osa koostui grafeenin kasvatus-, siirto- ja puhdistusprosessien kehittämisestä, jotta halutunlaisia näytteitä voitaisiin valmistaa. Molekyylien itsejärjestymistä ja molekyylien ja pinnan vuorovaikutusta tutkittiin heksagonaaliselle boorinitridille ja piidioksidille siirretyllä grafeenilla. Lisäksi eri ftalosyaninimolekyylien itsejärjestymistä grafeeni-mallipinnalla tutkittiin ja molekyylien ja pinnan vuorovaikutukseen syvennyttiin. Lopuksi eristäville pinnoille siirretyn grafeenin ominaisuuksia tutkittiin pyyhkäisytunnelointispektroskopialla. Lyhyesti, tässä väitöskirjatutkimuksessa tutkittiin pinnan karheuden vaikutusta molekyylien itsejärjestymiseen grafeenilla ja eri ftalosyaninimolekyylien itsejärjestymistä, sekä kartoitettiin eristäville pinnoille siirretyn grafeenin luontaisia ominaisuuksia.Description
Supervising professor
Liljeroth, Peter, Prof., Aalto University, Department of Applied Physics, FinlandKeywords
graphene, molecular self-assembly, scanning tunnelling microscopy and spectroscopy, DFT, hexagonal boron nitride, field emission resonances, grafeeni, itsejärjestyminen, pyyhkäisytunnelointimikroskopia ja -spektroskopia, hexagonaalinen boorinitridi, kenttäemissioresonssit
Other note
Parts
-
[Publication 1]: I Päivi Järvinen, Sampsa K. Hämäläinen, Kaustuv Banerjee, Pasi Häkkinen, Mari Ijäs, Ari Harju and Peter Liljeroth. Molecular Self-Assembly on Graphene on SiO2 and h-BN Substrates. Nano Letters, 13(7), 3199-3204, June 2013.
DOI: 10.1021/nl401265f View at publisher
-
[Publication 2]: II Päivi Järvinen, Sampsa K. Hämäläinen, Mari Ijäs, Ari Harju and Peter Liljeroth. Self-Assembly and Orbital Imaging of Metal Phthalocyanines on a Graphene Model Surface. Journal of Physical Chemistry C, 118(24), 13320-13325, May 2014.
DOI: 10.1021/jp504813v View at publisher
-
[Publication 3]: III Päivi Järvinen, Avijit Kumar, Robert Drost, Shawulienu Kezilebieke, Andreas Uppstu, Ari Harju and Peter Liljeroth. Field Emission Resonances on Graphene on Insulators. Accepted for publication in Journal of Physical Chemistry C, August 12th 2015.
DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b0637 View at publisher