Graphene-based low dimensional systems: growth processes and characterization

This thesis work is focused on the characterization of graphene-related low-dimensional systems, from the synthesis to the production of heterostructures for possible integration in new-generation electronic devices. The first part of the work is devoted to the characterization, by means of a combination of experimental techniques and theoretical simulations, of the growth processes of graphene and to the study of the interaction mechanism with transition metal substrates. In the second part two different approaches for the production of high-quality graphene/oxide interfaces and for the chemical gating of graphene are presented. The third part is focused on the synthesis of graphene-related systems like hexagonal boron nitride and graphene nanoflakes. Finally, the last part introduces the mass selected cluster source that is currently under development at the Surface Science Laboratory of the University of Trieste, and in whose design and development I was involved during the PhD activity.

Questo lavoro di tesi si occupa di sistemi a bassa dimensionalità basati su grafene, dalla caratterizzazione delle procedure di crescita fino alla produzione di eterostrutture per la possibile integrazione in dispostivi elettronici di nuova generazione. La prima parte del lavoro è dedicata alla caratterizzazione, mediante tecniche sperimentali e simulazioni teoriche, del processo di crescita di grafene su metalli di transizione e allo studio dei meccanismi di interazione tra il grafene e il substrato di crescita. Nella seconda parte, due approcci sono proposti per la sintesi di interfacce grafene/ossido di alta qualità e per il gating chimico del grafene. La terza parte è invece focalizzata sulla sintesi di altri sistemi a bassa dimensionalità legati al grafene, come il nitruro di boro esagonale e i nanoflakes di grafene. Nella parte finale del lavoro viene descritta nel dettaglio una macchina per la produzione di cluster selezionati in massa attualmente in costruzione presso il Laboratorio di Scienza delle Superfici dell’Università di Trieste e alla cui costruzione e progettazione ho attivamente partecipato durante il periodo di attività dottorale.