Estudo das propriedades de transporte elétrico de grafeno hidrogenado

• Autor(a) principal: Daniel Cunha Elias
• Data de Publicação: 2009
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/ESCZ-7ZEG7B
• topic: Transporte elétrico; Grafeno hidrogenado; Transporte eletrico; Física; Grafeno

O grafeno é um cristal estritamente bidimensional, formado por átomos de carbonos hibridizados na forma sp2, configurados em uma rede cristalina conhecida como favos-de-mel. Este material é um semicondutor de gap nulo, cujas bandas de valência e de condução são simétricas e apresentam uma relação de dispersão linear em torno dos pontos K e K' da primeira zona de Brillouin. Além disso, ele é caracterizado por possuir as ligações interatômicas mais fortes conhecidas entre os sólidos. Amostras de grafeno podem ser obtidas pelo método de clivagem micromecânica e podem ser localizadas utilizando um microscópio óptico, quando depositadas sobre um substrato adequado. As curvas de resistividade em função da tensão de porta grafeno, mostram um pico em torno de um ponto de neutralidade, cuja resistividade é ~h/4q02, independente da temperatura. A posição do ponto de neutralidade indica a dopagem nesse material e, fora dessa região, o transporte nessas amostras é dominado por elétrons ou buracos, o que pode ser selecionado pela tensão de porta. As curvas de magnetotransporte obtidas em amostras de grafeno apresentam anomalias no efeito Hall quântico e nas oscilações Shubnikov-de Haas, que são atribuídas à quiralidade desses sistemas. Neste trabalho, estudamos de curvas de resistividade em função da tensão de porta, obtidas em diferentes temperaturas. Com isso, concluímos que o transporte elétrico no grafeno é fortemente influenciado por fatores extrínsecos. Contudo, os espalhadores intrínsecos constituem um limite real para essa mobilidade, que estimamos poder chegar ~200000 cm2V-1s-1 à temperatura ambiente. Este é o maior valor de mobilidade intrínseca já estimada para um sólido. Análises da variação da resistividade em função da temperatura mostram que esse mecanismo de espalhamento pode ser explicado qualitativamente por um modelo de fônons flexurais confinados em ondulações da amostras, que são induzidas durante o processo de deposição das amostras. Estudamos, também o processo de hidrogenação reversível de amostras de grafeno, submetendo essas amostras a um plasma de hidrogênio. Essa hidrogenação acontece modificando a hidridização dos átomos de carbono ligantes de sp2 para sp3, o que resulta em mudanças topológicas e de condução, que influenciam os resultados das medidas de transporte elétrico, espectroscopia Raman e difração de elétrons que realizamos. Com essas medidas, concluímos que essa hidrogenação ocorre de forma não uniforme e é mais eficiente em membranas suspensas que em amostras depositadas. Também mostramos que esse processo de hidrogenação é reversível após as amostras serem submetidas a um tratamento térmico a 400ºC. Esse trabalho demonstra a possibilidade de se utilizar o grafeno na construção de um dispositivo de estocagem de hidrogênio e é uma evidencia de um novo material conhecido como grafano.