Characterization and decoupling of high-quality graphene grown by fullerene decomposition on cu foilsby

Resumen

El objetivo de la presente tesis se basa en la optimización del crecimiento de grafeno por métodos novedosos con precursores en estado sólido (C60) y en una exhaustiva caracterización de dicho grafeno tanto morfológica como estructural y química por métodos tales como la microscopía de fuerzas atómicas (AFM), espectroscopía Raman, fotoemisión de electrones por rayos X (XPS) o difracción de electrones de baja energía (LEED). Este estudio se ha complementado con el seguimiento por medio de otras técnicas experimentales tales como: espectroscopía de fotoemisión en ángulo resuelto (ARPES), difracción de electrones retrodispersados o microscopía electrónica de barrido (SEM). Esta caracterización exhaustiva nos ha permitido obtener resultados que concluyen que el método de crecimiento alternativo planteado ofrece muestras de grafeno en cobre policristalino de alta pureza (debido al entorno controlado que ofrece el ultra alto vacío) con una fracción nula de bicapas o multicapas de grafeno. Se ha observado que el método es autolimitante. Esto se debe en gran parte a que la ruta que hemos explorado ofrece la capacidad de formación de grafeno a más baja temperatura en comparación con la empleada convencionalmente en métodos de deposición química en fase vapor (CVD). El control de la limpieza de la superficie realizada para promover la formación de grafeno consigue que la acción catalítica del sustrato sea más efectiva, debido a que la completa ausencia de contaminantes que puedan dificultar dicha interacción sustrato-precursor. Para buscar aplicaciones tecnológicas del grafeno en cobre, se han llevado a cabo experimentos para la optimización del proceso de transferencia del grafeno a sustratos aislantes, tales como el SiO2, por métodos químicos. Para dicha optimización se han considerado dos aproximaciones: por un lado, la intercalación en la interfase grafeno/cobre de moléculas por métodos electroquímicos. Por otro lado, se han empleado técnicas de ultra alto vacío para la intercalación de elementos como el oxígeno en dicha interfase también con el propósito de debilitar interacciones que afectan directamente a su transferencia. A su vez, estos dos procedimientos han sido mejorados apoyándose en continuas caracterizaciones tanto estructurales como químicas y electrónicas con las técnicas arriba mencionadas. Se han llevado a cabo la evaluación de las propiedades eléctricas de las muestras transferidas a sustratos aislantes por medio de medidas de efecto Hall a baja temperatura (2K), medidas de magnetotransporte y determinación local del potencial superficial (KPFS). Finalmente, se ha equipado el laboratorio con un imán vectorial superconductor con capacidad de aplicar campo magnético en todas las direcciones del espacio, ensamblado a un equipo criogénico y a un microscopio de fuerzas magnéticas (MFM) con capacidad de medir de manera local las propiedades magnéticas superficiales. Se ha caracterizado el perfil del campo magnético en el área donde reside la muestra, para certificar la homogeneidad del campo en toda la zona donde se llevan a cabo las medidas. Para la observación de las capacidades del sistema construido se han estudiado dos sistemas físicos. Por un lado se ha evaluado un disco duro donde la inclinación del campo magnético se refleja en la respuesta magnética de los bits. Por otro, en aras de determinar la capacidad del equipo experimental, se ha medido un material heterostructural, basado en un material superconductor donde se ha depositado grafeno crecido por el método que hemos planteado. Los resultados, aunque preliminares, validan este método de caracterización local de sistemas complejos para su uso en sistemas como pueden ser los altamente correlacionados, ya que este equipo experimental permite relacionar respuestas físicas con variaciones tanto en la intensidad como dirección del campo magnético, así como de temperatura que puede variar en un rango entre 1.5 y 300K.