Acest proiect urmărește elucidarea originii comportamentului anti-histeretic al rezistenței grafenei, ca funcție de tensiunea de poartă aplicată pe un separator feroelectric cu polarizare perpendiculară pe plan. Aceste structuri ar trebui să prezinte un histerezis („normal”) datorat ecranării câmpului de depolarizare de către purtătorii de sarcină din grafenă: atunci când polarizarea își schimbă semnul, tipul de purtători de sarcină din grafenă se schimbă de la electroni la goluri sau invers, producând maxime ale rezistenței. Atunci când grafena este pre-dopată, rezistența ei arată două stări stabile, permițând conceperea unor elemente de memorie nevolatilă ușor și rapid accesibile. Experimental, sensul histerezisului este inversat; cauza acestui histerezis „anomal” este atribuită prezenței contaminanților pe stratul de grafenă sau între grafenă și feroelectric, fără o demonstrație clară a acestor presupuneri până în prezent. Aceste probleme vor fi investigate în acest Proiect pe feroelectrici monocristalini atomic curați, cu grafena depusă prin epitaxie din fascicul molecular. O primă caracterizare prin spectroscopie de fotoelectroni (XPS) și prin absorbție de raze X a certificat că aceste straturi de carbon au caracter bidimensional, au spectre XPS similare grafenei, interacțiunea chimică cu substratul feroelectric este minimă, iar starea de polarizare nu se schimbă la depunerea de carbon. Continuarea acestor cercetări presupune dovedirea prin microscopie cu efect tunel (STM) și prin fotoemisie cu rezoluție unghiulară că s-a format grafenă, apoi analiza proprietăților de transport electric, împreună cu dezvoltarea de noi modele, dacă este necesar. În continuare, aceste structuri vor fi dozate cu diferite molecule, iar influența acestor adsorbați va fi caracterizată în mod corelat prin XPS, STM și măsurători electrice. În afară de cunoștințe de natură fundamentală, acest Proiect va oferi și modele experimentale pentru elemente de memorie și senzori de gaze.

Nicoleta G. Apostol - Director Proiect

Cristian M. Teodorescu - Mentor

Principalul obiectiv al acestui proiect este analiza comportarii histeretice a rezistentei straturilor de grafene depuse pe substraturi feroelectrice in functie de tensiunea de poarta aplicata pe substrat, care poate induce polarizarea acestuia, in urmatoarele conditii: substraturi plane, monocristaline; (ii) absenta contaminantilor; (iii) stare de polarizare bine definita a substratului, ajustabila extern; (iv) interactiunea chimica minimala intre feroelectric si straturile grafenice, pentru reducerea doparii accidentale sau ruperea legaturilor C-C.

I.C. Bucur, N.G. Apostol, L.E. Abramiuc, L.C. Tănase, C.A. Tache, G.A. Lungu, R.M. Costescu, C.F. Chirilă, L. Trupină, L. Pintilie, C.M. Teodorescu, Room temperature ferromagnetism and its correlation to ferroelectricity of manganese embedded in lead zirco-titanate, Thin Solid Films 669, 440–449 (2018). Bucur et al TSF 2018

 

Nicoleta G. Apostol

Scientific Researcher II
National Institute of Materials Physics
Atomistilor Str. 405A
077125 Magurele-Ilfov
Romania