Superlattice Band Structure Engineering of Graphene

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	2 July 2021
Referee:	PD Dr. Jonathan Eroms
Date of exam:	8 June 2021
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Weiss > Group Dieter Weiss
Keywords:	graphene,superlattice,band structure
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:	46132

Abstract (English)

In this work, the impact of two-dimensional superlattices on the electronic band structure and electronic properties of graphene was investigated. The fabricated and studied devices included antidot lattices and electrostatically defined superlattices. In electrical transport measurements on antidot graphene devices, signatures of a magnetically tunable band gap were observed. The ...

Abstract (English)

In this work, the impact of two-dimensional superlattices on the electronic band structure and electronic properties of graphene was investigated. The fabricated and studied devices included antidot lattices and electrostatically defined superlattices. In electrical transport measurements on antidot graphene devices, signatures of a magnetically tunable band gap were observed. The electrostatically defined superlattices, realized by the combination of a uniform back gate and a few-layer graphene patterned bottom gate, provided the possibility to create superlattice devices with arbitrary geometry and highly tunable modulation potential giving rise to well-pronounced band structure modifications. In such a gate-controllable artificial crystal, the emergence of minibands and satellite Dirac points could be observed. Additionally, in combination with a magnetic field, signatures of the Hofstadter butterfly, a fractal energy spectrum, emerged in magnetotransport measurements. Furthermore, band conductivity oscillations (so-called Brown-Zak oscillations) were examined in the studied gate-tunable superlattice devices, showing an additional modulation by Weiss oscillations.

Translation of the abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss zweidimensionaler Übergitter auf die elektronische Bandstruktur und die elektronischen Eigenschaften von Graphen untersucht. Es wurden sowohl Graphen-Antidot-Gitter, als auch elektrostatisch erzeugte Übergitter hergestellt und untersucht. In Transportuntersuchen an Graphen-Antidot-Gittern konnten Signaturen einer magnetfeldabhängigen Bandlücke ...

Translation of the abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss zweidimensionaler Übergitter auf die elektronische Bandstruktur und die elektronischen Eigenschaften von Graphen untersucht. Es wurden sowohl Graphen-Antidot-Gitter, als auch elektrostatisch erzeugte Übergitter hergestellt und untersucht. In Transportuntersuchen an Graphen-Antidot-Gittern konnten Signaturen einer magnetfeldabhängigen Bandlücke beobachtet werden. In Proben mit einem elektrostatisch definierten Übergitter, erzeugt durch das Zusammenspiel eines globalen Backgates und eines strukturierten Gates aus Mehrlagen-Graphen, wurden Modifikationen der elektronischen Bandstruktur beobachtet. In elektrischen Transportmessungen zeigte sich die Ausbildung von Minibändern und Satelliten-Dirac-Punkten. Beim Anschalten eines Magnetfeldes konnten Signaturen des Hofstadter Schmetterlings, eines fraktales Energiespektrums, nachgewiesen werden. Darüber hinaus wurden Bandleitfähigkeitsoszillationen (sogenannte Brown-Zak-Oszillationen) in den künstlich erzeugten Übergittern untersucht, die eine zusätzliche Modulation durch Weiss-Oszillationen aufwiesen.

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