High-mobility graphene in 2D periodic potentials

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	21 February 2018
Referee:	Prof. Dr. Dieter Weiss
Date of exam:	31 January 2018
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Weiss > Group Dieter Weiss
Keywords:	graphene, hBN, heterostructure, stacking, quantum Hall effect, quantum Hall ferromagnetism, magnetotransport, moire superlattice, weak localization, commensurability effects, antidot, Weiss oscillations, nanopatterning, RIE etching, patterned bottom gate, unipolar, bipolar, Klein tunneling, Hofstadter butterfly, high-mobility graphene, superlattice
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	In Press
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	36796

Abstract (English)

This work focuses on hBN-graphene van der Waals heterostructures and their investigation via transport experiments. In this way, we could probe and characterize different commensurability effects stemming from the induced superlattice potential and report their influence on transport properties in graphene. The encapsulation of graphene between hBN significantly increases the bulk carrier ...

Abstract (English)

This work focuses on hBN-graphene van der Waals heterostructures and their investigation via transport experiments. In this way, we could probe and characterize different commensurability effects stemming from the induced superlattice potential and report their influence on transport properties in graphene.
The encapsulation of graphene between hBN significantly increases the bulk carrier mobility of graphene and were able to investigate interaction-driven quantum Hall effects, such as quantum Hall ferromagnetism and the fractional quantum Hall effect.
Any further top-down patterning steps do not necessarily degrade the intrinsic quality of the graphene sheet. The high sample quality can be preserved in graphene-based antidot lattices and we successfully probed pronounced commensurability features in antidot arrays.
Moreover, we study the interplay between a moiré and an imposed antidot superlattice potential and discuss their
influence on magnetotransport measurements.
In the end, we discuss a new method for imposing lateral superlattice potentials, employing a local few-layer graphene patterned bottom gate. In this way, we are able to report Weiss oscillations in the weakly modulated unipolar regime and antidot peaks for strong modulation in a bipolar gate configuration.

Translation of the abstract (German)

Diese Arbeit beschäftigt sich mit hBN-Graphen Heterostrukturen und deren Untersuchung mittels Transport-Experimenten. Auf diese Weise konnten wir verschiedene Kommensurabilitätseffekte, verursacht durch induzierte Übergitter-Potentiale, charakterisieren und deren Einfluss auf die Transporteigenschaften von Graphen untersuchen. Das Einkapseln von Graphen zwischen hBN-Kristallen führt zu einer ...

Translation of the abstract (German)

Diese Arbeit beschäftigt sich mit hBN-Graphen Heterostrukturen und deren Untersuchung mittels Transport-Experimenten. Auf diese Weise konnten wir verschiedene Kommensurabilitätseffekte, verursacht durch induzierte Übergitter-Potentiale, charakterisieren und deren Einfluss auf die Transporteigenschaften von Graphen untersuchen.
Das Einkapseln von Graphen zwischen hBN-Kristallen führt zu einer deutlichen Erhöhung der Ladungsträgerbeweglichkeiten in Graphen und wir konnten auf diese Weise Wechselwirkungs-induzierte Quanten-Hall-Effekte untersuchen, wie z.B. Quanten-Hall Ferromagnetismus oder den fraktionalen Quanten-Hall-Effekt.
Weitere Fabrikationsschritte verringern nicht zwingend die intrinsische Qualiät von Graphen. Das Einkapseln schützt die Graphenflocke und wir konnten Kommensurabilitätseffekte in Graphen Antidot-Gittern mit verschiedenen Perioden untersuchen.
Des Weiteren erforschten wir die Wechselwirkung zwischen Moiré- und Antidotgittern und diskutieren deren Einfluss auf die Transporteigenschaften von Graphen.
Zuletzt diskutieren wir eine neue Methode zur Erzeugung von Übergitter-Potentialen: Die Verwendung von lokalen, strukturierten Graphen-Gates. Mit deren Hilfe untersuchten wir Weiss-Oszillationen für schwache und Antidot-Peaks für starke Potentialmodulation in unseren Graphenproben.

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