Znanstvene vijesti — 15.03.2017.

Interkalirani epitaksijalni grafen

Naši kolege Marin Petrović i Marko Kralj su sa suradnicima iz Njemačke, Španjolske, Švedske i Izraela objavili dva rada u časopisima visokog faktora utjecaja na temu interkaliranog epitaksijalnog grafena.

 

Core level shifts of intercalated graphene

Ulrike A. Schröder, Marin Petrović, Timm Gerber, Antonio J. Martinez-Galera, Elin Grånäs, Mohammad A. Arman, Charlotte Herbig, Joachim Schnadt, Marko Kralj, Jan Knudsen, Thomas Michely

2D Materials 4, 015013 (2017)

doi: 10.1088/2053-1583/4/1/015013

 

Grafen jest ugljik u obliku dvodimenzionalnog saća jednoatomne debljine. Zahvaljujući visokoj specifičnoj čvrstoći, visokoj električnoj i toplinskoj vodljivosti te optičkoj prozirnosti izrazito je interesantan i primjeni i bazičnoj znanosti. Naši suradnici Marin Petrović i Marko Kralj su zajedno s kolegama iz Njemačke, Švedske i Španjolske u radu u časopisu 2D Materials promatrali epitaksijalni grafen položen na podlogu od iridija, te odredili kako energija dubokih nivoa atoma ugljika ovisi o prisutnosti atomskih slojeva interkaliranih između iridija i grafena. Naime, različite vrste interkaliranog sloja vode na elektronsko ili šupljinsko dopiranje grafenske ravnine, a to se u fotoelektronskoj spektroskopiji pomoću x-zraka (XPS) odražava u pomaku C 1s nivoa atoma ugljika prema višim ili nižim energijama vezanja u odnosu na neutralni grafen.

Položaj Diracove točke je precizno određen pomoću kutno razlučive fotoelektronske spektroskopije (ARPES) i zatim uspoređen s XPS podacima u ovom radu i literaturi. Unutar relativno širokog raspona dopiranja od +/- 0.5 eV jasno se razlučuje područje linearne ovisnosti pomaka dubokih nivoa i položaja Diracove točke, što bi značilo da se cjelokupna elektronska struktura kruto pomiče. Međutim, tendencija pomaka dubokih nivoa se smanjuje pri većim dopiranjima i na kraju se okreće u suprotnom smjeru što je pripisano zasjenjenju značajnijom količinom transferiranog naboja. Budući da uočeno ponašanje ovisi samo o transferu naboja a ne o samoj vrsti interkaliranog sloja, rad zaključuje da je mjerenje položaja C 1s nivoa pomoću XPS mjerenja zapravo univerzalno dobar način određivanja dopiranosti grafenskih slojeva čak i za uređaje gdje se koncentracija nosioca naboja kontrolira pomoću električnog polja, npr. naponom vrata u FET tranzistorima.

 

C 1s energija vezanja (BE) u ovisnosti o energiji vezanja Diracove točke (ED); obojene točke su mjerenja koautora, crveni kvadrati su podaci iz literature, a crni prazan krug odgovara saturiranoj interkalaciji litija. Crna linija prikazuje predviđanje krutim pomakom cjelokupne elektronske strukture, dok plava linija pokazuje izmjerenu ovisnost.

C 1s energija vezanja (BE) u ovisnosti o energiji vezanja Diracove točke (ED); obojene točke su mjerenja koautora, crveni kvadrati su podaci iz literature, a crni prazan krug odgovara saturiranoj interkalaciji litija. Crna linija prikazuje predviđanje krutim pomakom cjelokupne elektronske strukture, dok plava linija pokazuje izmjerenu ovisnost.

 


 

Energy dependent chirality effects in quasi free-standing graphene

Daniela Dombrowski, Wouter Jolie, Marin Petrović, Sven Runte, Fabian Craes, Jürgen Klinkhammer, Marko Kralj, Predrag Lazić, Eran Sela, Carsten Busse

Physical Review Letters 118, 116401 (2017).

doi: 10.1103/PhysRevLett.118.116401

 

Svojstva grafena ne mogu se potpuno opisati bez da se u obzir uzme kiralnost njegovih elektrona, karakteristika zvana pseudospin koja opisuje vezu između njihovog smjera kretanja i amplitude valne funkcije te ih pojednostavljeno rečeno dijeli na “lijeve” i “desne”. Drugi članak, zajedno s kolegama iz Njemačke i Izraela u časopisu Physical Review Letters, analizira efekt raspršenja nosioca naboja na defektima u dopiranom epitaksijalnom grafenu pomoću metode niskotemperaturne skenirajuće tunelirajuće mikroskopije (STM) i prostornog spektralnog mapiranja pomoću skenirajuće tunelirajuće spektroskopije (STS). Naime, na točno određenim energijama Fourierov transformat (FT) stojnih elektronskih valova direktno je povezan s mapama konstantne energije Diracovih elektrona. U intenzitetima FT kontura odražavaju se simetrijska pravila za raspršenja nosioca naboja, odnosno sama kiralnost elektrona u grafenu. Dobivene su detaljne mape konstantne energije koje omogućuju pouzdano određivanje vrpci Diracovih elektrona, uključujući područje trokutastog izobličenja i prilagođavanje energije van Hoveovih singulariteta (EVHS) u M točki grafena.

Uzorci raspršenja u jako dopiranom grafenu. (a) inverzni uzorci niskoenergetske elektronske difrakcije (LEED) na 143.5 eV za grafen na iridiju 111 s interkaliranim cezijem pokazuju (2x2)gr superstrukturu. (b) STM slika i (c) istovremeno snimljena STS mapa dva različita stojna vala na naponu U = -50 mV i struji I = 500 pA. (d) Fourierov transformat slike (c) otkriva trokutaste i šesterokutne uzorke raspršenja. Crtkani šesterokut označava prvu Brillouinovu zonu. Desna strana pokazuje uvećane detalje.

Uzorci raspršenja u jako dopiranom grafenu. (a) inverzni uzorci niskoenergetske elektronske difrakcije (LEED) na 143.5 eV za grafen na iridiju 111 s interkaliranim cezijem pokazuju (2×2)gr superstrukturu. (b) STM slika i (c) istovremeno snimljena STS mapa dva različita stojna vala na naponu U = -50 mV i struji I = 500 pA. (d) Fourierov transformat slike (c) otkriva trokutaste i šesterokutne uzorke raspršenja. Crtkani šesterokut označava prvu Brillouinovu zonu. Desna strana pokazuje uvećane detalje.

 

Kod formiranja stojnih valova pojavljuju se dvije vrste procesa raspršenja: unutar Diracovog konusa (intervalley) i između Diracovih konusa u K i K’ točkama Brillouinove zone (intravalley), što uključuje dva različita valna vektora pridružena tim raspršenjima. Provedeni eksperimenti jasno potvrđuju da je očuvanje pseudospina u raspršenjima strogo vezano uz područje savršeno konusne disperzije. Očuvanje pseudospina, odnosno kiralnost Diracovih fermiona, blokira raspršenja te vodi na dijelom prekinute FT konture. Na energijama većim od 0.5 EVHS od Diracove točke kiralnost u potpunosti iščezava i dozvoljeni su svi kanali za raspršenja. Modeliranje procesa raspšenja pokazuje da opaženo ponašanje nije posljedica jednostavnog slamanja simetrije grafenske podrešetke uslijed prisutnosti interkaliranog sloja, nego intrinzično svojstvo grafena i njegove elektronske strukture koje može imati važnu ulogu u spintronici i kiraltronici na bazi grafena.

IF Ⓒ 2017 Ndoc Deda