Übergittereffekte in eindimensional moduliertem Graphen

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Date:	12 April 2019
Referee:	Prof. Dr. Dieter Weiss
Date of exam:	23 October 2018
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Weiss > Group Dieter Weiss
Keywords:	Graphen, Übergitter, bipolar, Weiss-Oszillationen, Kommensurabilitätsoszillationen, superlattice, graphene, Weiss-oscillations, ballistic transport, ballistischer Transport, patterned bottom gate, strukturierte Gates, Potentialbarriere, potential barrier
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:	40070

Abstract (German)

Diese Arbeit behandelt elektronischen Transport in Graphen unter Einfluss eines eindimensionalen, periodischen Potentials. Das Übergitter wird dem Graphen über ein strukturiertes Top- bzw. Bottomgate aufgeprägt, wobei sich plasmageätztes Mehrlagengraphen als optimale Gateelektrode für das in hexagonales Bornitrid eingekapselte, hochbewegliche Graphen herausgestellt hat. Aufgrund der Ambipolarität ...

Abstract (German)

Diese Arbeit behandelt elektronischen Transport in Graphen unter Einfluss eines eindimensionalen, periodischen Potentials. Das Übergitter wird dem Graphen über ein strukturiertes Top- bzw. Bottomgate aufgeprägt, wobei sich plasmageätztes Mehrlagengraphen als optimale Gateelektrode für das in hexagonales Bornitrid eingekapselte, hochbewegliche Graphen herausgestellt hat. Aufgrund der Ambipolarität von Graphen können über den Feldeffekt sowohl unipolare, als auch bipolare Übergitter erzeugt werden.
Zunächst wird der Einfluss eines lateralen Übergitters auf den ballistischen Transport in Monolagengraphen untersucht. In Abhängigkeit von der Gatespannung werden im bipolaren Regime ausgeprägte Fabry-Perot-Oszillationen des longitudinalen Widerstands, sowie bei zunehmender Beweglichkeit der Proben, eine Feinstruktur der Oszillationen beobachtet.
Unipolare Potentialstufen in Graphen führen im Quanten-Hall Regime zu Bereichen unterschiedlicher Füllfaktoren und damit ausgeprägten Plateaus im longitudinalen Widerstand. Im Rahmen der Arbeit wird die Abhängigkeit der Plateauwerte vom Magnetfeld und von der Anzahl der Potentialstufen untersucht.
In hochbeweglichen Übergittern mit geringer Modulationsamplitude werden im unipolaren Regime zum ersten Mal Weiss-Oszillationen des Magnetowiderstands in Graphen nachgewiesen. Die Oszillationen stellen sich hierbei als sehr robust gegenüber der Temperatur heraus und bleiben bis zu 150K beobachtbar. Die Messergebnisse werden mit der Theorie verglichen und Unterschiede diskutiert. Insbesondere darf im moderaten Temperaturregime ein Einfluss der Elektron-Elektronwechselwirkung auf den Widerstand nicht vernachlässigt werden.

Translation of the abstract (English)

This work treats electronic transport in graphene under the influence of a one-dimensional, periodic potential. The superlattice in graphene is generated via patterned top- or bottom gates. Here, plasma-etched few-layer graphene emerges as an ideal gate electrode material for modulating the graphene, encapsulated in hexagonal boron nitride graphene, preserving its high mobility. Due to the ...

Translation of the abstract (English)

This work treats electronic transport in graphene under the influence of a one-dimensional, periodic potential. The superlattice in graphene is generated via patterned top- or bottom gates. Here, plasma-etched few-layer graphene emerges as an ideal gate electrode material for modulating the graphene, encapsulated in hexagonal boron nitride graphene, preserving its high mobility. Due to the ambipolarity of graphene, it is possible to generate both unipolar and bipolar superlattices by the electric field effect.
First, ballistic transport in a lateral monolayer-graphene superlattice is investigated. By tuning the gate voltage, pronounced Fabry-Pérot oscillations of longitudinal resistance are observed in the bipolar regime. Enhanced sample mobility unveils a superposed fine resonance pattern, related to the phase coherence length of the system.
In the Quantum-Hall-regime of graphene, unipolar potential steps lead to areas of different filling factors and hence to distinct plateaus in the longitudinal resistance. In this work, plateaus with respect to magnetic field and the number of potential steps are investigated.
This work features the first evidence of Weiss oscillations of the magneto-resistance in graphene, employing unipolar high-mobility superlattices with small modulation amplitude. The oscillations are rather robust against temperature and can be observed up to 150 K. The measurements are compared to theory and differences between results and expectations discussed. As a consequence, in a moderate temperature window, the impact of electron-electron-interaction cannot be neglected.

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