Med hjälp av densitetsfunktionsteori och mätdata från spinnupplöst fotoemission, undersökte teamet ursprunget till de upprepade Au(111)-banden och löste dem som djupa ytresonanser. Dessa resonanser leder till en lökliknande Fermi-yta av Au(111). Kredit:HZB
Grafen består av kolatomer som tvärbinds i ett plan för att bilda en platt bikakestruktur. Förutom överraskande hög mekanisk stabilitet har materialet spännande elektroniska egenskaper. Elektronerna beter sig som masslösa partiklar, vilket tydligt kan påvisas i spektrometriska experiment. Mätningar avslöjar ett linjärt beroende av energi på momentum, nämligen de så kallade Dirac-konerna – två linjer som korsar utan ett bandgap – en energiskillnad mellan elektroner i ledningsbandet och de i valensbanden.
Varianter i grafenarkitektur
Konstgjorda varianter av grafenarkitektur är ett hett ämne inom materialforskning just nu. Istället för kolatomer har kvantprickar av kisel placerats, ultrakalla atomer har fångats i bikakegittret med starka laserfält, eller kolmonoxidmolekyler har tryckts på plats på en kopparyta bit för bit med ett scanning tunnelmikroskop, där de kunde ge de karakteristiska grafenegenskaperna till kopparns elektroner.
Konstgjord grafen med buckyballs?
En nyligen genomförd studie antydde att det är oändligt mycket lättare att göra konstgjord grafen med C60 molekyler som kallas buckyballs. Endast ett enhetligt lager av dessa behöver ångavsättas på guld för att guldelektronerna ska anta de speciella grafenegenskaperna. Mätningar av fotoemissionsspektra verkade visa en sorts Dirac-kon.
Analys av bandstrukturer vid BESSY II
"Det skulle verkligen vara ganska fantastiskt", säger Dr Andrei Varykhalov, från HZB, som leder en grupp för fotoemission och skanning av tunnelmikroskopi. "Eftersom C60 molekylen är absolut opolär, det var svårt för oss att föreställa oss hur sådana molekyler skulle utöva ett starkt inflytande på elektronerna i guldet." Så Varykhalov och hans team lanserade en serie mätningar för att testa denna hypotes.
I kluriga och detaljerade analyser kunde Berlin-teamet studera C60 lager på guld över ett mycket större energiområde och för olika mätparametrar. De använde vinkelupplöst ARPES-spektroskopi vid BESSY II, vilket möjliggör särskilt exakta mätningar, och analyserade även elektronspin för vissa mätningar.
Mätdata från BESSY II före och efter deponering av C60 molekyler visar replikeringen av bandstrukturen och uppkomsten av konliknande bandkorsningar. En svepelektronmikroskopi av buckyballs på guld är överlagrad i mitten. Kredit:HZB
Normalt beteende
"Vi ser ett paraboliskt samband mellan momentum och energi i våra uppmätta data, så det är ett mycket normalt beteende. Dessa signaler kommer från elektronerna djupt i substratet (guld eller koppar) och inte lagret, som kan påverkas av buckyballs, " förklarar Dr Maxim Krivenkov, huvudförfattare till studien. Teamet kunde också förklara de linjära mätkurvorna från den tidigare studien. "Dessa mätkurvor härmar bara Dirac-konerna; de är en artefakt, så att säga, av en avböjning av fotoelektronerna när de lämnar guldet och passerar genom C60 lager," förklarar Varykhalov. Därför kan buckyball-lagret på guld inte betraktas som en artificiell grafen.
Forskningen publicerades i Nanoscale . + Utforska vidare
