ВЛИЯНИЕ ОСАЖДЕНИЯ ЧАСТИЦ КОБАЛЬТА НА КВАНТОВЫЕ ПОПРАВКИ К ПРОВОДИМОСТИ ДРУДЕ В ТВИСТИРОВАННОМ CVD ГРАФЕНЕ


https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-2-

Аннотация

Использование графена в электронике требует как экспериментального исследования процесса формирования высококачественных низкоомных контактов, так и углубления понимания механизмов электронного переноса в окрестности контакта металл/графен. В работе исследован транспорт носителей заряда в твистированном CVD графене, который декорирован электрохимически осажденными частицами Co, образующими омический контакт с графеновым слоем. Сопоставляются температурные и магнетополевые зависимости слоевого сопротивления R(T,B) исходного и декорированного  твистированного графена на подложке из оксида кремния. Показано сосуществование отрицательного (при индукции магнитного поля ниже 1 Тл) и положительного (индукция выше 1 Тл) вкладов в магниторезистивный эффект в обоих типах образцов. Зависимости R(T,B) анализируются на основе теории двумерных интерференционных квантовых поправок к проводимости Друде с учетом конкуренции вклада от прыжкового механизма проводимости. Показано, что в изученной области температур (2 – 300 К) и магнитных полей (до 8 Тл) при описании транспорта носителей заряда в исследованном графене необходимо учитывать не менее трех интерференционных вкладов в проводимость: от слабой локализации, междолинного рассеяния и нарушения хиральности псевдоспина, а также короблением графена вследствие тепловых флуктуаций.

Об авторах

Александр Кириллович Федотов
Научно-исследовательское учреждение «Институт ядерных проблем» Белорусского госу-дарственного университета (НИИ ЯП БГУ), ул. Бобруйская, 11 220006, Минск, Беларусь
Беларусь


Сергей Леонидович Прищепа
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, 220013, Минск, Беларусь Национальный исследовательский ядерный университет (МИФИ), Каширское ш., 31, 115409, Москва, Россия
Беларусь


Александр Сергеевич Федотов
БГУ, просп. Независимости, д. 4, 220030, Минск, Беларусь
Беларусь


Владислав Эдмундович Гуменник
Белорусский государственный университет, Научно-исследовательское учреждение «Институт ядерных проблем» Белорусского государственного университета (НИИ ЯП БГУ), ул. Бобруйская, 11 220030, Минск, РБ


Иван Владимирович Комиссаров
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, 220013, Минск, Беларусь Национальный исследовательский ядерный университет (МИФИ), Каширское ш., 31, 115409, Москва, Россия
Беларусь


Артем Олегович Конаков
Научно-исследовательский институт физико-химических проблем» Белорусского госу-дарственного университета (НИИ ФХП БГУ), ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск, Беларусь
Беларусь


Светлана Александровна Воробьева
Научно-исследовательский институт физико-химических проблем» Белорусского госу-дарственного университета (НИИ ФХП БГУ), ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск, Беларусь
Беларусь


Олег Анатольевич Ивашкевич
Научно-исследовательский институт физико-химических проблем» Белорусского госу-дарственного университета (НИИ ФХП БГУ), ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск, Беларусь
Беларусь


Андрей Андреевич Харченко
Научно-исследовательское учреждение «Институт ядерных проблем» Белорусского госу-дарственного университета (НИИ ЯП БГУ), ул. Бобруйская, 11 220006, Минск, Беларусь
Беларусь


Список литературы

1. Ferrari A. C. Science and technology roadmap for graphene, related two-dimensional crys-tals, and hybrid systems / A. C. Ferrari, F. Bonaccorso, V. Fal’ko, K. S. Novoselov, S. Roche, P. Bøggild // Nanoscale. - 2015. - V. 7. – P. 4598–4810. DOI: 10.1039/C4NR01600A.

2. Liu Y. Temperature dependence of the electrical transport properties in few-layer graphene interconnects / Y. Liu, Z. Liu, W. S. Lew, Q. J. Wang // Nanoscale Res. Lett. - 2013. - V. 8. - P. 335-340. DOI: 10.1186/1556-276X-8-335.

3. Neto A. H. C. The electronic properties of grapheme / A. H. C. Neto, F. Guinea, N. M. R. Peres, K. S. Novoselov, A.K. Geim // Rev. Mod. Phys – 2009. - V. 81. – P. 109-115. DOI: 10.1103/RevModPhys.81.109.

4. Asshoff, P. U. Magnetoresistance of vertical Co-graphene-NiFe junctions controlled by charge transfer and proximity-induced spin splitting in graphene / P. U. Asshoff, J. L. Sam-bricio, A. P. Rooney, S. Slizovskiy, A. Mishchenko, A. M. Rakowski, E. W. Hill, A. K. Geim, S. J Haigh, V. I. Fal’ko, I .J. Vera-Marun, I. V. Grigorieva // 2D Mater. – 2017. – V. – 4. – P. 3, DOI: 10.1088/2053-1583/aa7452.

5. Iqbal M. Z. Spin valve effect of NiFe/graphene/NiFe junctions / M. Z. Iqbal, M. W. Iqbal, J. H. Lee, Y. S. Kim, S. Chun, J. Eom, // Nano Research. – 2013. – V. – 6. – P. 373-380, DOI: 10.1007/s12274-013-0314-x.

6. De Franco V. C. In-situ magnetization measurements and ex-situ morphological analysis of electrodeposited cobalt onto chemical vapor deposition graphene/SiO2/Si / V. C. De Fran-co, G. M. B. Castro, J. Corredor, D. Mendes, J. E. Schmidt // Carbon Letters. – 2017. – V. 21. – P. 16-10. DOI: 10.5714/CL.2017.21.016.

7. Khatami Y. Metal-to-multilayer-graphene contact -Part I: Contact resistance modeling / Y. Khatami, H. Li, C. Xu, and K. Banerjee // EEE Trans. Electron Devices – 2012. - V. 59. – P. 2444–2452. DOI: 10.1109/TED.2012.2205256

8. Ruhl G. The Integration of Graphene into Microelectronic Devices / G. Ruhl, S. Wittmann, M. Koenig, D. Neumaier // Beilstein J. Nanotechnol. – 2017. - V. 8. – P. 1056–1064. DOI: 10.3762/bjnano.8.107.

9. Bayev V.G. CVD graphene sheets electrochemically decorated with “core-shell” Co/CoO nanoparticles / V.G. Bayev, J.A. Fedotova, J.V. Kasiuk, S.A. Vorobyova, A.A. Sohor, I.V. Komissarov, N.G. Kovalchuk, S.L. Prischepa, N.I. Kargin, M. Andrulevičius, J. Przewoznik, Cz. Kapusta, O.A. Ivashkevich, S.I. Tyutyunnikov, N.N. Kolobylina, P.V. Guryeva // Appl. Surf. Sci. – 2018. - V. 440 – P. 1252–1260. DOI: 10.1016/j.apsusc.2018.01.245.

10. Tuček J. Air-stable superparamagnetic metal nanoparticles entrapped in graphene oxide matrix / J. Tuček, Z. Sofer, D. Bouša, M. Pumera, K. Holá, A. Malá, K. Poláková, M. Havr-dová, K. Čépe, O. Tomanec, R. Zbořil // Nature Commun. – 2016. - V. 7. – P. 12879-12884. DOI: 10.1038/ncomms12879.

11. Zhidkov S. Electronic structure and magnetic properties of graphene/Co composite / S. Zhidkov, N.A. Skorikov, A.V. Korolev, A.I. Kukharenko, E.Z. Kurmaev, V.E. Fedorov, S.O. Cholakh // Сarbon. - 2015. – V. 94. - P. 464. DOI:10.1016/j.carbon.2015.04.086.

12. Sokolik, A. A. Many-body effects of coulomb interaction on landau levels in graphene / A. A. Sokolik, A. D. Zabolotskiy, Y. E. Lozovik // Physical Review B. – 2017. – V. 95. – P. 125402-1-4. DOI: 10.1103/PhysRevB.95.125402.

13. Majumder, C. Anomalous large negative magnetoresistance in transition-metal decorated graphene: Evidence for electron-hole puddles / C. Majumder, S. Bhattacharya, S. K. Saha // Physical Review B. – 2019. – V. 99. – P. 045408-1-13. DOI: 10.1103/PhysRevB.99.045408.

14. Fedotov А.К. Electrical conductivity and magnetoresistance in twisted graphene electro-chemically decorated with Co particles / А.К. Fedotov, S.L. Prischepa, J.A. Fedotova, V.G. Bayev, Ali Arash Ronassi, I.V. Komissarov, N.G. Kovalchuk, S.A. Vorobyova, O.A. Ivash-kevich // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. – 2019. DOI: 10.1016/j.physe.2019.113790

15. Jobst J. D. Electron-Electron Interaction in the Magnetoresistance of Graphene / J. Jobst, D. Waldmann, I.V. Gornyi, A.D. Mirlin and H.B. Weber // Phys. Rev. Lett. – 2012. - V. 108. – P. 106601. DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.106601

16. Morozov S.V. Strong Suppression of Weak Localization in Graphene / S.V. Morozov, K.S. Novoselov, M.I. Katsnelson, F. Schedin, L. A. Ponomarenko, D. Jiang, and A.K. Geim // Phys. Rev. Lett. – 2006. - V. 97. – P. 016801-1-4. DOI: 10.1103/PhysRevLett.97.016801.

17. Gorbachev R.V. Weak localization in bilayer grapheme / R.V. Gorbachev, F.V. Tikhonen-ko, A.S. Mayorov, D.W. Horsell, A. Savchenko // Phys. Rev. Lett. – 2007. - V. 98. – P. 176805-1-4. DOI:10.1103/PhysRevLett.98.176805.

18. Kechedzhi K. Weak localization in monolayer and bilayer grapheme / K. Kechedzhi, E. Mccann, V.I. Fal’ko, H. Suzuura, T. Ando, B.L. Altshuler // Eur. Phys. J. Spec. – 2007. – V. 148. – P. 39-54. DOI:10.1140/epjst/e2007-00224-6.

19. Shlimak, I. Structure and Electron Transport in Irradiated Monolayer Graphene / I. Shlimak, A. V. Butenko, E. Shin, Yu. Kaganovski, L. Wolfson, A. Sharoni, A. Haran, D. Kaveh // Future Trends in Electronics: Journey into Unknown. – 2016. – P. 193-205. DOI: 10.1002/9781119069225.ch2-9.

20. Shlimak I. Raman scattering and electrical resistance of highly disordered grapheme / I. Shlimak, E. Zion, T. Havdala, Yu. Kaganovskii, A.V. Butenko, L. Wolfson,1 V. Richter, A. Haran, D. Naveh, A. Sharoni, E. Kogan, M. Kaveh // Phys. Rev.- 2015. - V. 91. – P. 045414-1-4. DOI: 10.1103/PhysRevB.91.045414

21. Shlimak I. Hopping magnetoresistance in ion irradiated monolayer grapheme / I. Shlimak, A. Haran, E. Zion, T. Havdala, Yu. Kaganovskii, A.V. Butenko, L. Wolfson,1 V. Richter, D. Naveh, A. Sharoni, E. Kogan, and M. Kaveh // Physica E. – 2016. – V. 76. – P. 158–163. DOI: 10.1016/j.physe.2015.10.025

22. Isacsson A. Scaling properties of polycrystalline graphene: a review. / A. Isacsson, A.W. Cummings, L. Colombo, L. Colombo, J.M. Kinaret, S. Roche // 2D Mater. – 2017. – V. 4. – P. 012002-1-13. DOI:10.1088/2053-1583/aa5147

23. Huang P. Y. Grains and grain boundaries in single-layer graphene atomic patchwork quilts / P. Y. Huang, C. S. Ruiz-Vargas, A. M. van der Zande, W. S. Whitney, M. P. Levendorf, J. , W. Kevek, D. A. Muller // Nature. - 2011. –V. 469. – P. 389-392. DOI: 10.1038/nature09718.

24. Wang C. Stress concentrations in nanoscale defective grapheme / C. Wang, J. Wang, A. H. Barber // AIP Advance. - 2017. – V. 7. – P. 111001-111004. DOI: 10.1063/1.4996387

25. Lebedev, A. A. Low-Temperature Transport Properties of Multigraphene Films Grown on the SiC Surface by Sublimation / A. A. Lebedev, N. V. Agrinskaya, S. P. Lebedev, M. G. Mynbaeva, V. N. Petrov, A. N. Smirnov, A. M. Strel’chuk, A. N. Titkov, D. V. Shamshur // Semiconductors. – 2011. – V. 45. – P. 623–627. DOI:10.1134/S1063782611050186.

26. Ramnani P. Raman spectra of twisted CVD bilayer grapheme / P. Ramnani, M.R. Neupane, S. Ge, A.A. Balandin, R.K. Lake, A. Mulchandani // Carbon. – 2017. –V. 123. P. 302-306. DOI: 10.1016/j.carbon.2017.07.064

27. Altshuler B.L. Effects of Electron-electron collisions with small energy transfers on quan-tum localization / B.L. Altshuler, A.G. Aronov, D.E. Khmelnitsky // J. Phys. – 1982. - V. 15. – P. 7367–7386. DOI: 10.1088/0022-3719/15/36/018.

28. Shklovskii B.I. Electronic properties of doped semiconductors, Springer Series in Solid-State Sciences / B.I.Shklovskii, A.L. Efros // Heidelberg - 1984. DOI: 10.1007/978-3-662-02403-4.

29. Shklovskii B.I. Hopping conductivity of semiconductors in strong magnetic fields / B.I. Shklovskii // Semiconductors. – 1973. – V. 6. P. 1084–1088. https://experts.umn.edu/en/publications/ hopping-conduction-in-semiconductors-subjected-to-a-strong-electr.

30. Mikoshiba N. Weak-field magnetoresistance of hopping conduction in simple semiconduc-tors / N. Mikoshiba // J. Phys. Chem. Solid. – 1963. - V. 24. – P. 341–346. DOI: 10.1016/0022-3697(63)90192-6.

31. Bayev V. Modification of electric transport properties of CVD graphene by electrochemical deposition of cobalt nanoparticles / V. Bayev, J. Fedotova, S. Vorobyova, A. Konakow, A. Fedotov, I. Svito, M. Rybin, E. Obraztsova // Intern. J. Nanoscience. – 2019. –V. 18. - P. 1-4. DOI: 10.1142/S0219581X19400416

32. Solin S.A. Enhanced Room-temperature geometric magnetoresistance in inhomogeneous narrow-gap semiconductors / S.A. Solin, Tineke Thio, D.R. Hines, J.J. Heremans // Science. – 2000. - V. 289. – P. 1530–1532. DOI: 10.1126/science.289.5484.1530.

33. Komissarov I.V. Nitrogen-doped twisted graphene grown on copper by atmospheric pres-sure CVD from a decane precursor / I.V. Komissarov, N.G. Kovalchuk, V.A. Labunov, K.V. Girel, O.V. Korolik, M.S. Tivanov, A. Lazauskas, M. Andrulevičius, T. Tamulevičius, V. Grigaliūnas, Š. Meškinis, S. Tamulevičius, S.L. Prischepa // Beilstein J. Nanotechnol. - 2017. - V. 8 P. 145–158. DOI: 10.3762/bjnano.8.15.

34. Kovalchuk N.G. Possibility of determining the graphene doping level using Raman spectra / N.G. Kovalchuk, K.A. Nigerish, M.M. Mikhalik, N.I. Kargin, I.V. Komissarov, S.L. Prischepa // J Appl. Spectrosc. – 2018. - V. 84. - P. 995–998. DOI:10.1007/s10812-018-0576-x.

35. Chung T.–F. Transport measurements in twisted bilayer graphene: electron-phonon cou-pling and landau level crossing / T.–F. Chung, Y. Xu, Y.P. Chen // Phys. Rev. B. – 2018. – V. 98. – P. 035425. DOI: 10.1103/PhysRevB.98.035425.

36. Shih C.-J. Bi- and trilayer graphene solutions / C.-J. Shih, A. Vijayaraghavan, R. Krishnan, R. Sharma, J.-H. Han, M.-H. Ham, Z. Jin, S. Lin, G.L.C. Paulus, N.F. Reuel, Q.H. Wang, D. Blankschtein, M.S. Strano // Nature Nanotechnol. – 2011. - V. 6 - P. 439–446. DOI: 10.1038/nnano.2011.94.

37. Pudalov V.M. Metallic conduction, apparent metal-insulator transition and related phe-nomena in two-dimensional electron liquid / V.M. Pudalov // The Electron Liquid Paradigm in Condensed Matter Physics. – 2004. - V. 157. - P. 335–356. DOI: 10.3254/978-1-61499-013-0-335.

38. Tikhonenko F. V. Weak Localization in Graphene Flakes / F. V. Tikhonenko, D. W. Horsell, R. V. Gorbachev, A. K. Savchenko // Phys. Rev. Lett. – 2008. V. 100. – P. 056802. DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.056802.

39. E. McCann, E. Weak-Localization Magnetoresistance and Valley Symmetry in Graphene / E. McCann, K. Kechedzhi, Vladimir I. Fal’ko, H. Suzuura, T. Ando, B. L. Altshuler // Phys. Rev. Lett. – 2006. –V. 97. – 146805, DOI: 10.1103/PhysRevLett.97.146805.

40. Kechedzhi, K. Influence of Trigonal Warping on Interference Effects in Bilayer Graphene / K. Kechedzhi, V. I. Fal’ko, E. McCann, B. L. Altshuler // Phys. Rev. Lett. –2007. – V. 98. – P. 176806. DOI: 10.1103/PhysRevLett.98.176806.

41. Tikhonenko, F.V. Transition between Electron Localization and Antilocalization in Gra-phene / F.V. Tikhonenko, A. A. Kozikov, A. K. Savchenko, R.V. Gorbache // Phys. Rev. Let-ters. – 2009. – V. 103. – 226801-1-4. DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.226801.

42. Araujoa, E. N. D. Quantum corrections to conductivity in graphene with vacancies / E. N. D. Araujoa, J. C. Brant, B. S. Archanjo, G. Medeiros-Ribeiro, E. S. Alves // Physica E: Low-dimensional systems and nanostructures. – 2018. – V. 100. – P.40-44. DOI:10.1016/j.physe.2018.02.025

43. Bonch-Bruevich, V. L. Semiconductor Physics / V. L. Bonch-Bruevich, S. G. Kalashnikov // Nauka. –Moscow. – 1977. – P. 674.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Федотов А.К., Прищепа С.Л., Федотов А.С., Гуменник В.Э., Комиссаров И.В., Конаков А.О., Воробьева С.А., Ивашкевич О.А., Харченко А.А. ВЛИЯНИЕ ОСАЖДЕНИЯ ЧАСТИЦ КОБАЛЬТА НА КВАНТОВЫЕ ПОПРАВКИ К ПРОВОДИМОСТИ ДРУДЕ В ТВИСТИРОВАННОМ CVD ГРАФЕНЕ. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2019;22(2). https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-2-

For citation: ., ., ., ., ., ., ., ., . . Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2019;22(2). https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-2-

Просмотров: 63

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)