Utilizzando la teoria del funzionale della densità e i dati di misurazione della fotoemissione risolta per spin, il team ha studiato l'origine delle bande ripetute di Au(111) e le ha risolte come risonanze superficiali profonde. Queste risonanze portano a una superficie di Fermi simile a una cipolla di Au(111). Credito:HZB
Il grafene è costituito da atomi di carbonio che si reticolano in un piano per formare una struttura piatta a nido d'ape. Oltre a una stabilità meccanica sorprendentemente elevata, il materiale ha interessanti proprietà elettroniche. Gli elettroni si comportano come particelle prive di massa, cosa che può essere chiaramente dimostrata in esperimenti spettrometrici. Le misurazioni rivelano una dipendenza lineare dell'energia dalla quantità di moto, vale a dire i cosiddetti coni di Dirac - due linee che si incrociano senza un intervallo di banda - una differenza di energia tra gli elettroni nella banda di conduzione e quelli nelle bande di valenza.
Varianti nell'architettura del grafene
Le varianti artificiali dell'architettura del grafene sono un argomento caldo nella ricerca sui materiali in questo momento. Invece degli atomi di carbonio, sono stati posizionati punti quantici di silicio, atomi ultrafreddi sono stati intrappolati nel reticolo a nido d'ape con forti campi laser o molecole di monossido di carbonio sono state spinte in posizione su una superficie di rame pezzo per pezzo con un microscopio a scansione a tunnel, dove potrebbero conferire le caratteristiche proprietà del grafene agli elettroni del rame.
Grafene artificiale con buckyball?
Uno studio recente ha suggerito che è infinitamente più facile produrre grafene artificiale usando C60 molecole chiamate buckyballs. Solo uno strato uniforme di questi deve essere depositato a vapore sull'oro affinché gli elettroni dell'oro assumano le speciali proprietà del grafene. Le misurazioni degli spettri di fotoemissione sembravano mostrare una specie di cono di Dirac.
Analisi delle strutture a bande di BESSY II
"Sarebbe davvero sorprendente", afferma il dottor Andrei Varykhalov, di HZB, che dirige un gruppo di microscopia a tunneling di fotoemissione e scansione. "Perché il C60 molecola è assolutamente non polare, era difficile per noi immaginare come tali molecole avrebbero esercitato una forte influenza sugli elettroni nell'oro." Quindi Varykhalov e il suo team hanno lanciato una serie di misurazioni per testare questa ipotesi.
In analisi complesse e dettagliate, il team di Berlino è stato in grado di studiare C60 strati sull'oro su un intervallo di energia molto più ampio e per diversi parametri di misurazione. Hanno utilizzato la spettroscopia ARPES con risoluzione angolare al BESSY II, che consente misurazioni particolarmente precise, e hanno anche analizzato lo spin degli elettroni per alcune misurazioni.
Dati di misurazione di BESSY II prima e dopo la deposizione di C60 le molecole dimostrano la replicazione della struttura della banda e l'emergere di incroci di bande a forma di cono. Al centro è sovrapposta una microscopia elettronica a scansione delle buckyballs sull'oro. Credito:HZB
Comportamento normale
"Vediamo una relazione parabolica tra quantità di moto ed energia nei nostri dati misurati, quindi è un comportamento molto normale. Questi segnali provengono dagli elettroni in profondità nel substrato (oro o rame) e non dallo strato, che potrebbe essere influenzato dai buckyball, " spiega il dottor Maxim Krivenkov, autore principale dello studio. Il team è stato anche in grado di spiegare le curve di misurazione lineare dello studio precedente. "Queste curve di misurazione imitano semplicemente i coni di Dirac; sono un artefatto, per così dire, di una deflessione dei fotoelettroni mentre lasciano l'oro e passano attraverso il C60 strato", spiega Varykhalov. Pertanto, lo strato di buckyball sull'oro non può essere considerato un grafene artificiale.
La ricerca è stata pubblicata su Nanoscale . + Esplora ulteriormente
