石墨稀及其相关结构生长与电子性质研究

课题将通过不同的衬底和碳源（如分解碳氢化合物）进行尝试，以期找到新的生长石墨烯的方法，结合生长动力学方面的研究，探索石墨烯的生长规律。同时，在生长石墨烯的基础上，进一步在石墨烯上吸附其它金属或分子，制备其它金属（或分子）/石墨烯有序结构，并尝试对这些结构的尺寸、间距进行控制。同时,利用扫描隧道显微镜和光电子谱等不同手段对生长的石墨烯及其相关体系的原子结构、电子性质等进行全面系统的研究，并辅以第一性原理计算,探索和认识上述体系的电子约束行为，建立其原子结构和电子性质及相关物性的内在联系，最终实现人为控制石墨烯体系电子性质，诸如能隙的打开、载流子类型与密度等，为石墨烯在电子学方面的应用提供基础。

本课题主要探索石墨烯及其相关结构的生长规律，发展石墨烯及其相关结构的可控制备和电子性质的调控，得到尺寸可控的石墨烯及其相关纳米结构；开展石墨烯及其相关低维结构的在原子尺度上的精确表征以及电子性质分析，并辅以第一性原理计算,探索和认识上述体系的电子约束行为，建立其原子结构和电子性质及相关物性的内在联系。. 按照课题研究内容，我们在前期研究的基础上，课题相关研究工作以及取得的主要创新成果如以下几个方面：（1）金属纳米粒子在石墨烯表面的扩散和组装行为研究，特别是磁性金属纳米粒子/石墨烯异质结构的控制生长。我们主要利用在金属石墨烯/Ru(0001)体系的摩尔超结构对于金属吸附原子的约束行为在石墨烯/Ru(0001)表面上生长了不同尺度、规则的磁性金属Co、Mn等纳米团簇，发现Co等纳米团簇的尺寸是可以调制的，认识了相关生长机理。（2）利用金属表面辅助有机分子分解制备不同宽度、多种边缘取向的石墨烯纳米结构，以及对石墨烯纳米结构的宽度、边缘结构和电子性质的控制。这一 “自下而上”的石墨烯纳米结构生长方法，可以在原子尺度上生长和精确控制石墨烯纳米带和纳米片的尺度，甚至边缘结构，是一种石墨烯可控剪裁和能带调控有效途径。（3）石墨烯掺杂及有机分子吸附对石墨烯电子性质调控。利用吸附原子或分子的方式精确地控制石墨烯载流子的类型与密度同样是石墨烯研究中的一个重要问题。我们利用模型体系，对石墨烯掺杂以及有机分子吸附的电子性质等进行了研究，通过硅、硼、氮等掺杂，有机分子与石墨烯的相互作用可以加强，且通过掺杂与有机分子的吸附，该体系除了打开能隙以外，出现磁性。. 通过一系列的研究工作，课题达到了预期目标。课题执行期间，在Nanotech.，J.Chem. Phys.等国际重要学术刊物共发表学术论文13篇。. 同时，在课题的资助下，在国际/国内学术会议上作了6次学术报告。资助研究生参加学术会议6人/次。通过课题的执行，培养了多名研究生，其中，4名博士生相继毕业。