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Elektrische Transporteigenschaften von hochorientiertem pyrolytischen Graphit (HOPG)
Thomas Penz
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Wolfgang Lang
DOI
10.25365/thesis.12354
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30406.94250.870770-6
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In dieser Arbeit wurden die elektrischen und galvanomagnetischen Eigenschaften von hoch orientiertem pyrolytischen Graphit (HOPG) untersucht. Nach der Offenbarung von ungewöhnlichen Phänomenen im 2004 neu entdeckten alleinstehenden Graphen, stieg auch das Interesse an verwandten Kohlenstoffstrukturen. Trotz zahlreicher Untersuchungen bestehen nach wie vor Unklarheiten über so manche Transporteigenschaften von Graphit.
Ziel dieser Arbeit ist es anhand von (Magneto)widerstands- und Hall-messungen die Ladungsträgerkonzentrationen und -beweglichkeiten von Elektronen und Löchern in Graphit unter zur Hilfenahme des Zweiband-modells zu ermitteln. Ferner werden in Abhängigkeit von Temperatur und Magnetfeld die Änderungen der Transporteigenschaften durch Gitterdefekte, Verunreinigungen und der Kristallitausrichtungen des Graphits an den Messresultaten von HOPG und im Vergleich zu anderen Graphitproben erläutert. Durch das Auftreten von Anomalien im Halleffekt und in der Magnetfeldabhängigkeit des Magnetowiderstandes wird die Beteiligung von Effekten durch die dreieckige Fermi-Oberflächen-Verzerrung und von Dirac-Fermionen genauer thematisiert.
Dazu werden im Temperaturbereich von 10 bis 300K Messungen des Widerstandes, sowohl in den Graphitebenen, als auch senkrecht dazu vorgenommen. Ebenso unter Einwirkung eines Magnetfeldes senkrecht, als auch parallel zu den Graphitebenen. Genauso erfolgen Hallmessungen bei konstantem Magnetfeld bei beiden Magnetfeldrichtungen.
Der Widerstand der Graphitebenen zeigt metallisches Verhalten über den gesamten Temperaturbereich. Der c-Achsen-Widerstand zeigt selbiges nur bis zu 36K - für Temperaturen darüber weist dieser Halbleiter-Verhalten auf. Bei 11K und 1T (senkrecht zu den Ebenen) konnte ein magnetoresistiver Effekt von über 11000% gemessen werden - für parallel orientierte Magnetfelder tritt keiner auf. Ein Halleffekt kann ebenfalls nur bei senkrechten B-Felder gemessen werden – bei einem Magnetfeld von 1T weist dieser stets negative Werte auf.
Abstract
(Englisch)
The aim of this thesis was the investigation of the electrical and galvanomagnetic properties of highly oriented pyrolytic graphite.
There has been a huge interest in graphite and related carbon-structures, after the revelation of unusual and unexpected phenomena on separated graphene in 2004. Plenty of examinations have been done on graphite, unclarities still remain in many transport properties.
In this work (magneto)resistance- and Hall-measurements were performed, to examine the concentrations and mobilities of electrons and holes by using a two-band-model. The changes in the transport properties due to lattice-defects, contaminations and orientation of crystallites in terms of magnetic field and temperature will be discussed, also in comparison to other samples.
Due to the appearance of anomalies in the Hall-effect and the magnetic-field-dependence of the magnetoresistance we will discuss a possible involvement of the effects of trigonal warping and Dirac-fermions.
Measurements of the resistance along the graphite planes and perpendicular to them in the temperature range of 10 to 300K are presented. In addition, a magnetic field is applied parallel and perpendicular to the planes for magnetoresistance measurements. The Hall-effect is evaluated at constant field in the conventional in-plane arrangements, as well as for out-of-plane Hall fields.
The resistance in the graphite planes shows metallic behaviour over the entire temperature range. The c-axis-resistance exhibits the same behaviour to 36K. For higher temperatures a semi-conductor-like dependence is seen. A magnetoresistive effect of 11000% has been measured at 11K and 1T (applied perpendicular to the graphite planes) – for parallel fields no effect could be detected. Hall-effect measurements are successful only at perpendicular fields – resulting in a negative Hall coefficient for 1T.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
HOPG graphite transport properties magnetoresistance Hall-effect lattice defects impurities mosaic spread trigonal warping
Schlagwörter
(Deutsch)
HOPG Graphit Transporteigenschaften Magnetowiderstand Halleffekt Gitterdefekte Verunreinigungen mosaic spread Fermi-Oberflächen-Verzerrungen Dirac-Fermionen
Autor*innen
Thomas Penz
Haupttitel (Deutsch)
Elektrische Transporteigenschaften von hochorientiertem pyrolytischen Graphit (HOPG)
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
129 S. : Ill.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Wolfgang Lang
Klassifikation
33 Physik > 33.61 Festkörperphysik
AC Nummer
AC08408544
Utheses ID
11135
Studienkennzahl
UA | 411 | | |