Propriétés de transport de charge du graphène et de ses hétérostructures alignées

Charge transport properties of graphene and its aligned heterostructures

• Auteur / Autrice : Yuanzhuo Hong
• Direction : Dominique Mailly, Rebeca Ribeiro-Palau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 03/04/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Giancarlo Faini
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tatiana Rappoport, Juliette Mangeney, Mario Amado
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tatiana Rappoport, Juliette Mangeney
• DOI : 10.70675/6d46709cz6c2dz44a6z9c03z4b743b370890

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hétérostructures

Graphène

Effet Hall quantique

Mots clés libres

Hétérostructure du graphène

Effet moiré

Focalisation magnéto transversale

Effet Hall de vallée

Graphene heterostructure

Moiré effect

Transverse magneto focusing

Valley Hall effect

Résumé

Le graphène a une structure de bande unique que la bande de conduction et la bande de valence se touchent aux points de Dirac K and K', ce qui en fait un semi-conducteur à écart nul. La structure de la bande peut être modifiée en introduisant un potentiel périodique (super-réseau) qui place le graphène au-dessus du BN pour un alignement cristallographique. Dans cette thèse, je discute principalement des propriétés de transport de charge du graphène et de ses hétérostructures. Différentes méthodes de fabrication d'échantillons sont introduites pour réaliser des hétérostructures en fonction du but de l'expérience. Nous utilisons différentes techniques de transport dans le graphène monocouche/bicouche et leurs hétérostructures d'alignement pour étudier différents mécanismes de diffusion afin de comprendre si ceux-ci sont modifiés par la présence du super-réseau. Nous avons constaté que la diffusion aux petits angles est dominante dans les échantillons de graphène monocouche et bicouche. Grâce aux mesures de focalisation magnéto transversale (TMF), nous concluons que la diffusion électron-électron domine la suppression du TMF. Cependant, nous observons une réponse non identique dans l'alignement 0 ̊ et 60 ̊ pour le graphène bicouche dans TMF. Cela montre la structure de bande différente de deux alignements et nous indique que la symétrie de l'hétérostructure bicouche graphène/BN n'est pas de 60 ̊. Nous observons en outre la même réponse non identique dans l'effet Valley Hall (VHE) selon laquelle l'alignement 60 ̊ ne nous donne pas la relation cubique qui représente le VHE. Ce fait nous indique la triple symétrie du graphène bicouche/BN et montre également que la courbure de Berry n'est pas la seule explication du VHE. Nous proposons ici une explication possible de la relaxation de la structure atomique. La contrainte exercée sur la deuxième couche de graphène est différente et crée des champs de jauge qui agissent comme un pseudo-champ magnétique différent et affectent effectivement le VHE.

Graphene has unique band structure that conduction band and valence band touch at the Dirac points K and K', making it a zero gap semiconductor. The band structure can be modified by introducing periodic potential (superlattice) that place graphene on top of BN to crystallographic alignment. In this thesis, I mainly discuss the charge transport properties of graphene and its heterostructures. Different sample fabrication methods are introduced to make stacks depending on experiment purpose. We use different transport techniques in monolayer/bilayer graphene and their alignment heterostructures to study different scattering mechanisms in order to understand if these are modified by the presence of the superlattice. We found that small angle scattering is dominant in both monolayer and bilayer graphene samples. Through the transverse magneto focusing (TMF) measurements, we have the conclusion that electron-electron scattering is in dominance of TMF suppression. However, we observe nonidentical response in 0 ̊ and 60 ̊ alignment for bilayer graphene in TMF. This shows the different band structure of two alignments and tell us that the symmetry of bilayer graphene/BN heterostructure is not 60 ̊.We further observe the same nonidentical response in valley Hall effect (VHE) that 60 ̊ alignment doesn't give us the cubic relation which represents the VHE. This fact tells us the three fold symmetry of bilayer graphene/BN and also show that Berry curvature is not the only explanation of VHE. Here we propose a possible explanation about atomic structure relaxation. The strain on the second layer of graphene is different and create gauge fields that act as different pseudo magnetic field and indeed affect the VHE.