功能基底上偏压调控的石墨烯自旋磁性器件原理、制造基础与稳定性研究

自下而上生长的纳米结构与硅基微纳制造技术结合，是发展具有应用前景的纳米功能器件的重要方向。由单个碳原子层通过sp2碳键构成的石墨烯是最薄、功能性最丰富独特的纳米功能结构，在所有纳米材料中，具有最好的与微加工技术兼容的发展前景。本项目以我们最新理论发现的硅基底上石墨烯纳米结构独特的自旋磁性和磁电效应为出发点，开展功能基底上石墨烯自旋磁性稳定性与调控原理研究，发展功能基底上石墨烯自旋磁性器件制造的关键技术。基底上石墨烯纳米结构的自旋磁性尚未实验获得，而极具应用价值的磁电效应以前只有复杂的过渡族金属及其氧化物才有。因此，本项目希望在国际上率先实验实现基底上石墨烯纳米结构磁性特性，将自组装、原子力显微镜刻蚀、化学剪裁等技术相结合，在先进的理论预测的指导下实现基底上石墨烯磁性调控器件的制备和测控技术突破。在此基础上进一步探索提高器件自旋磁性稳定性的制造技术，为自旋电子学发展和微磁探测提供先进的基础。

由单个碳原子层通过sp2 碳键构成的石墨烯是最薄、功能性最丰富独特的纳米功能结构，在所有纳米材料中，具有最好的与微加工技术兼容的发展前景。本项目开展功能基底上石墨烯自旋磁性稳定性与调控原理研究，发展功能基底上石墨烯自旋磁性器件制造的关键技术,设计和制备了一系列石墨烯和类石墨烯结构，并研究了其在电场、磁场、热场、流体场等作用下的高效能量转化机制和在不同功能基底材料上的多场耦合调控性能，取得了一些重要的科学发现:1）发现石墨烯在不同特性的基底上将产生线性-非线性磁电效应的转变，在氮化硼纳米条带上的石墨烯异质结构具有独特的自旋输运性质，而在低的垂直偏压下，石墨烯-氮化硼三明治条带会从半导体转变成半金属；2）针对本征石墨烯的能带打开问题，发现了反点阵缺陷基矢手征性对能否打开反点阵结构的带隙具有统一、简洁的规律；3）理论模拟发现了基底上单个石墨烯褶皱与孤立波类似的热驱运动，揭示了石墨烯可以作为带电基底的钝化层并且提出了一种可行的调控石墨烯覆盖表面水吸附性能的途径；4）对于化学气相沉积方法制备的大面积高质量石墨烯，发现其在溶液中的流致生电实际上是金属电极与液体相互作用所致，浸入液体的石墨烯本身不能发电。. 发表相关学术论文35篇，申请中国发明专利6项。