Автореферат (1150741), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Берлин)6и ресурсный центр «Физические методы исследования поверхности» Санкт-Петербургско­го государственного университета (г. Санкт-Петербург). Измерения с помощью ФЭСУР соспиновым разрешением были проведены в центре вывода синхротронного излучения BESSY­II на канале U125-2SGM на экспериментальной станции PHOENEXS (PHOtoEmission andNearEdge X-ray abSorption). Синтез и анализ электронной структуры графена на тонкихплёнках металлов на поверхности HOPG с помощью РФЭС, УФЭС, ДМЭ был проведённа спектрометре Escalab 250Xi в ресурсном центре «Физические методы исследования по­верхности».

Исследование морфологии поверхности графена на тонких плёнках металлов наповерхности HOPG с помощью СТМ и АСМ было проведено в научно-исследовательскойплатформе Нанолаб в ресурсном центре «Физические методы исследования поверхности».Цель диссертационной работыЦелью диссертационной работы являлось с одной стороны определение ключевого усло­вия для формирования гигантского индуцированного спин-орбитального расщепления в гра­фене, а с другой стороны исследование деталей синтеза графен-содержащих систем на тон­ких слоях металлов, основанного только на процессе сегрегации атомов углерода.Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:1.

Изучено влияния интеркаляции металла (Bi) с высоким атомным номером и отличнойэлектронной структуры от металлов на электронную и спиновую структуру графена.2. Показана модуляция величины индуцированного спин-орбитального расщепления вграфене, за счёт варьирования пропорции между металлами Bi и Au в интеркали­рованном слое.3. Исследованы поверхностные процессы формирования графена на тонких плёнках ме­таллов (Ni, Gd) на подложке HOPG.4. Получена исчерпывающая информация об электронной и кристаллической структуреграфена на тонких слоях металлов, сформированных на основе процесса сегрегацииатомов углерода.Научная новизнаРабота содержит большое количество новых экспериментальных и методических резуль­татов. Ниже перечислены наиболее значимые результаты:71. Контакт графена с Bi при интеркаляции на поверхности плёнки Ni(111) блокирует силь­ное взаимодействие между графеном и никелевой подложкой.

Электронная структурастановится приближенной к структуре, свойственной для квазисвободного графена.Интеркаляция атомов Bi приводит к заполнению верхнего конуса Дирака со сдви­гом положения точки Дирака до энергий 0.41 эВ и формированию запрещённой зоны(∼210–240 мэВ) в области точки Дирака.2.

У графена, интеркалированного атомами Bi, обнаружено незначительное индуцирован­ное спин-орбитальное расщепление состояния графена ∼5–10 мэВ. Это расщеплениеобусловлено взаимодействием состояния графена с состояниями Bi. Показано, чтонезначительная величина спинового расщепления связана с отсутствием состояний уатомов Bi в валентной зоне.3. Совместная интеркаляция атомов Bi и Au под графен на Ni(111) уменьшает величинупереносимого заряда между Bi и графеном, делая графен почти электронейтральным сконусом Дирака, расположенным в непосредственной близости от уровня Ферми.

В тоже самое время, появляется гибридизация между состоянием графена и состояния­ми Au в следствии спин-зависимого эффекта не пересечения. У графена увеличиваетсявеличина индуцированного спин-орбитального расщепления (∼40–50 мэВ).4. Формирование графена на поверхности систем Ni/HOPG, Gd/HOPG проходит черезфазу поверхностного карбида. Для системы Ni/HOPG с осаждённой плёнкой никеля80 Å и системы Gd/HOPG формируется постепенный переход карбидных фаз (от Ni3 Cк Ni2 C и от Gd2 C3 к GdC2 , соответственно), а для системы с осаждённой плёнкойникеля 160 Å формируется только карбидная фаза Ni2 C, минуя промежуточную стадиюперехода.5. Для системы Ni/HOPG с различной толщиной осаждённой плёнки никеля рост графенаначинается при низкой температуре отжига (280∘ C), а для системы Gd/HOPG графенформируется при температуре отжига 1100∘ C, за счёт трансформации карбидной фазы.Для данных систем взаимодействие графена с подложкой оказывается сильным.

Ин­теркаляция атомов Au, для системы с осаждённой плёнкой никеля 160 Å, способствуетблокировке сильной связи между графеном и никелевой подложкой, а также приводитк образованию муара с периодичностью ∼ 2.2 нм.8Практическая значимостьПрактическая значимость результатов проведённого исследования заключается в созда­нии контролируемого механизма для регулирования индуцированного спин-орбитальногорасщепления в графене за счёт варьирования пропорции атомов - и - металлов на межфаз­ной границе графен-подложка. Этот механизм позволит расширить функциональную областьприменения графена в спинтронике по целенаправленному созданию устройств с необходи­мой величиной спин-орбитального расщепления.К другому не мало важному практическому результату настоящей работы относится де­тальное исследование процесса синтеза графена на тонких слоях металлов на подложкеHOPG за счёт сегрегации атомов углерода.

Было открыто, что на плёнке никеля рост графе­нового монослоя проходит при низких температурах отжига подложки, в отличие от крекин­га углеродосодержащих газов. Данный метод синтеза позволяет перенести технологию ростаграфена на не проводящие подложки и значительно уменьшить температуру, при которойформируется графеновый монослой. Тем самым определяя практическую значимость этойтехнологии для создания быстродействующих устройств на основе графена.На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:1.

Интеркаляция атомов Bi под графен, синтезированный на поверхности Ni(111), при­водит к формированию электронной структуры с Дираковским конусом электронныхсостояний в области точки K̄ зоны Бриллюэна и запрещённой зоной в области точкиДирака с величиной 210–240 мэВ, слабо зависящей от концентрации интеркалирован­ных атомов Bi.2.

Спин-орбитальное расщепление состояний графена при интеркаляции Bi составляет7–10 мэВ за счёт отсутствия состояний у атомов Bi в валентной зоне.3. Варьирование соотношения концентраций атомов Bi и Au в интеркалированном слоеприводит к изменению величины индуцированного спин-орбитального расщепления состояний графена и может использоваться в качестве механизма для регулированияэтой величины.4. При синтезе графена путем сегрегации атомов углерода через пленку Ni различнойтолщины, осаждённой на поверхность пиролитического графита, рост графена на по­верхности Ni начинается при существенно более низкой температуре (280∘ C), чем прииспользовании метода крекинга углеродосодержащих газов (500–600∘ C).95. Формирование графена на поверхности Ni происходит через фазу поверхностного кар­бида со стехиометрией Ni2 C с последующей трансформацией в графеновый монослой,независимо от того имеет ли место крекинг углеродосодержащих газов на поверхностиили углерод поступает из объема.6.

Формирование графена на поверхности пленки Gd, напылённой на поверхность пи­ролитического графита, также происходит через стадию образования карбида Gd споследующим ростом графенового монослоя на поверхности системы при отжиге притемпературе 1100∘ C.Апробация работы Основные результаты работы были представлены и обсуждались наследующих российских и международных конференциях: International Student’s Conference”Science and Progress” (Санкт-Петербург, 2012, 2014), XVI международный симпозиум ”На­нофизика и Наноэлектроника” (Нижний Новгород, 2012), German-Russian Conference onFundamentals and Applications of Nanoscience (Berlin, 2012), 3rd International School on SurfaceScience ”Technologies and Measurements on Atomic Scale” (Сочи, 2013), International Student’sConference ”Crossing border” (Санкт-Петербург, 2013), V Joint User Meeting (Berlin, 2013),11th , 12th International Conference Advanced Carbon NanoStructures (Санкт-Петербург, 2013,2015), 1-я междисциплинарная конференция ”Современные решения для исследования при­родных, синтетических и биологических материалов” (Санкт-Петербург, 2014), а также нанаучных семинарах СПбГУ.Публикации По теме диссертации опубликовано 4 статьи в рецензируемых журналах[A1, A2, A3, A4] и 14 тезисов докладов.Личный вклад автора Все результаты, представленные в работе, получены соискателемлично, либо в соавторстве при его непосредственном участии.Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, литературного об­зора, четырех глав и заключения.

Работа изложена на 126 страницах, включая 40 рисунков.Список цитированной литературы содержит 100 ссылок.Содержание работыВо введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель иаргументирована научная новизна исследований. Показана практическая значимость полу­ченных результатов, представлены выносимые на защиту научные положения.10В первой главе основное внимание уделено характеризации графена, как ключевого ком­понента исследуемых в диссертационной работе систем.

Рассматривается кристаллическаяструктура, описаны наиболее распространённые методы формирования, обсуждаются особен­ности электронной и спиновой структуры. Отдельно выделяются работы по формированию имодификации спиновой структуры электронных состояний графена, за счёт спин-орбиталь­ного взаимодействия с подложкой. Также в главе показано, что в литературных источникахразвернута широкая дискуссия о деталях механизма синтеза графенового монослоя, в част­ности посредством крекинга углеродосодержащих газов, особенно на поверхности Ni(111).На основании литературного обзора сформулированы направления исследований.Во второй главе описаны основные экспериментальные методы исследования и спек­трометры, на которых проводились измерения.

Характеристики

Список файлов диссертации