Carbon Nanotube quantum dots: Transport, mechanical charge detection, and fabrication development

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	21 February 2018
Referee:	PD Dr. Andreas K. Hüttel
Date of exam:	30 January 2018
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Weiss > Group Christoph Strunk
Keywords:	carbon nanotube; CNT; quantum dot; mechanical charge detection; fabrication development; molybdenum rhenium alloys; Kondo effect; carbon nanotube overgrowth; overgrowth; CNT stamping; superconductivity; low temperature physics; semiconductor physics; nano-electromechanics
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	36788

Abstract (English)

Within this thesis, a diverse set of experiments on carbon nanotube quantum dots is presented and evaluated. Different fabrication methods, and improvement of single steps of established known procedures are used to obtain suspended CNT devices. In particular, an ultraclean carbon nanotube quantum dot is examined regarding low-temperature transport. Furthermore, its outstanding ...

Abstract (English)

Within this thesis, a diverse set of experiments on carbon nanotube quantum dots is presented and evaluated. Different fabrication methods, and improvement of single steps of established known procedures are used to obtain suspended CNT devices.
In particular, an ultraclean carbon nanotube quantum dot is examined regarding low-temperature transport. Furthermore, its outstanding nano-electromechanical properties are used to infer the charge distribution in the Kondo regime. Theoretical calculations from previous work are extended to model the CNT quantum dot as nano-electromechanical system. Applying these results to the measured data, a characteristic shift is attributed to the Kondo effect.
The second part of this thesis deals with optimization of molybdenum rhenium alloys for CNT contact materials. This alloy is the third material besides platinum and pristine rhenium at all to withstand carbon nanotube growth conditions. In addition, low-temperature transport measurements of CNTs suspended in between MoRe electrodes are presented and evaluated.
In order to circumvent the restriction of suitable contact materials for the overgrowth technique, another fabrication approach was performed. The main objective was to prove that carbon nanotubes can be stamped onto arbitrary target chips. At the end of this work, the stamping approach for carbon nanotube devices delivers first low-temperature transport results of our group.

Translation of the abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit werden unterschiedliche Versuchsreihen zu Kohlenstoffnanoröhren(CNT)-Quantenpunkten aufgezeigt und ausgewertet. Verschiedene Fabrikationsmethoden und Einzelschritt-Weiterentwicklungen gängiger Prozesse werden angewendet, um freihängende CNT-Transistoren herzustellen. Insbesondere wird ein hochreiner CNT-Quantenpunkt bezüglich seiner Transportcharakteristika bei tiefen ...

Translation of the abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit werden unterschiedliche Versuchsreihen zu Kohlenstoffnanoröhren(CNT)-Quantenpunkten aufgezeigt und ausgewertet. Verschiedene Fabrikationsmethoden und Einzelschritt-Weiterentwicklungen gängiger Prozesse werden angewendet, um freihängende CNT-Transistoren herzustellen.
Insbesondere wird ein hochreiner CNT-Quantenpunkt bezüglich seiner Transportcharakteristika bei tiefen Temperaturen untersucht. Seine herausragenden nano- elektromechanischen Eigenschaften ermöglichen einen Rückschluss auf die Ladungsverteilung im Kondoregime. Um den CNT-Quantenpunkt als nano-elektromechanisches System zu beschreiben, werden theoretische Rechnungen vorangegangener Arbeiten herangezogen und erweitert. Mithilfe der Anwendung dieses Modells auf die Messdaten ordnet man den charakteristischen Versatz dem Kondo-Effekt zu.
Der nächste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Optimierung von Molybdän-Rhenium-Legierungen als CNT-Kontaktmaterialien. Diese Legierung ist neben Platin und reinem Rhenium das dritte Material überhaupt, welches den Wachstumsbedingungen von Kohlenstoffnanoröhren standhält. Weitergehend werden Tieftemperaturmessungen an freihängenden CNT-MoRe-Proben aufgezeigt und ausgewertet.
Um die eingeschränkte Kontaktmaterialwahl bei der Überwachstumsmethode zu umgehen, führte man einen alternativen Herstellungsansatz durch. Hauptsächlich wurde gezeigt, dass CNTs auf ein beliebiges Zielsubstrat gestempelt werden können. Diese Stempelmethode liefert die ersten arbeitsgruppeninternen Tieftemperaturtransportcharakteristika von CNT-Transistoren, welche am Ende der vorliegenden Arbeit aufgeführt sind.

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