The overarching goal of this thesis is to make use of adatoms to tune the electronic properties of a 2D atomic crystal. Specifically, covalently bonding hydrogen adatoms on a graphene sheet by creating CH_x with the aim of opening a band gap. This thesis reports the modification of the Raman spectra, the temperature dependent transport and the magnetoresistance as a result of hydrogenating graphene.Presented in this thesis is a method by which graphene is hydrogenated, the spatial map and density of defects from Raman spectroscopy and the temperature dependent resistance of a hydrogenated graphene sheet. The hydrogenation time was found to correlate poorly with the mean D/G ratio over an area of 200 by 200 um^2. Samples are observed to hydrogenate at different rates. Also presented are two potential technological applications of hydrogenated graphene: thermometers and bolometers. Thermometers with sensitivities up to 10^7 Omega/K at 10 K were measured as well as bolometers with responsivities up to 10^5 V/W at 10 K and a thermal resistance of R_th = 3 K/nW at 10 K. Measurements of the magnetic field dependent transport in both perpendicular and parallel field configurations have been shown to yield opposite magnetoresistance signs. The colossal negative magnetoresistance found in the perpendicular configuration led to the emergence of the nu = -2 quantum Hall state from an insulating state in the most disordered 2D system to date as measured by a Ioffe-Regel parameter of 250. / Le but sous-jacent de cette thèse est d'utiliser des adatomes sur un crystal atomique bi-dimensionnel afin d'en ajuster les propriétés électriques. Plus précisément, un lien covalent s'établira entre les atomes d'hydrogène et la feuille de graphène en créant CH_x afin d'ouvrir un interstice entre les bandes de valence et de conduction. En attachant les atomes d'hydrogène sur la feuille de graphène, son spectre Raman, son transport en fonction de la température et sa magnétorésistance ont tous étés modifiés. L'investigation de ces modifications est le thème central de cette thèse.Cette thèse contient: la méthode par laquelle le graphène est hydrogéné, l'analyse de l'hydrogénation en obtenant une cartographie Raman de l'ampleur des défauts et de leur emplacement sur l'échantillon. Également présent est l'analyse de l'hydrogénation du point de vue du transport électrique en fonction de la température. La durée de l'hydrogénation ne démontre pas une bonne corrélation avec le ratio D/G moyen sur une surface de 200 par 200 um^2 obtenu par spectroscopie Raman. De plus, il est démontré que les échantillons s'hydrogènent à des rythmes différents. Également présentés sont deux applications technologiques qui pourraient être potentiellement bonifiées en utilisant le graphène hydrogéné: les thermomètres et les bolomètres. Les thermomètres démontrent une sensibilité allant jusqu'à 10^7 Omega/K à 10 K et les bolomètres démontrent une responsivité allant jusqu'à 10^5 V/W à 10 K et une résistance thermique allant jusqu'à R_th = 3 K/nW, à 10 K. La magnétorésistance colossale négative mesurée dans la configuration perpendiculaire a mené à la mesure de l'effet Hall quantique dans le système le plus désordonné à ce jour en termes du paramètre Ioffe-Regel qui est de 250. La magnétorésistance colossale négative démontre la transition d'un état isolant à l'état de l'effet Hall quantique nu = -2.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.123041 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Guillemette, Jonathan |
| Contributors | Guillaume Gervais (Supervisor2), Thomas Szkopek (Supervisor1) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically submitted theses |
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