EKSPERIMENTAL'NAYa REALIZATsIYa KVAZISVOBODNOGO GRAFENA NA PODLOZhKE SiC(0001) S INTERKALIROVANNYMI SLOYaMI Au I Co

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Проведен синтез квазисвободного графена с интеркалированными слоями как тяжелого металла Au, так и магнитного металла Co на полупроводниковой подложке 6H-SiC(0001). Метод синтеза заключается в последовательной интеркаляции атомов Au и Co, сначала атомов Au под нулевой слой графена на подложке SiC с образованием монослоя графена, а затем атомов Co под уже сформированный графен. Показаны результаты исследования системы, синтезированной при наиболее оптимальных условиях, обеспечивающих сохранение линейного конуса Дирака графена и минимизацию процессов силицидообразования в ультратонком металлическом слое под графеном. Обнаружено ферромагнитное упорядочение в слое графен/Au–Co, что в совокупности с индуцированным спин-орбитальным взаимодействием в графене может привести к реализации квантовых эффектов.

Авторлар туралы

A. Rybkina

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: a.rybkina@spbu.ru
Санкт-Петербург, Россия

A. Gogina

Санкт-Петербургский государственный университет

Санкт-Петербург, Россия

M. Likholetova

Санкт-Петербургский государственный университет

Санкт-Петербург, Россия

D. Pudikov

Санкт-Петербургский государственный университет

Санкт-Петербург, Россия

A. Koroleva

Санкт-Петербургский государственный университет

Санкт-Петербург, Россия

P. Lyzhova

Санкт-Петербургский государственный университет

Санкт-Петербург, Россия

A. Eryzhenkov

Санкт-Петербургский государственный университет

Санкт-Петербург, Россия

E. Grigor'ev

Санкт-Петербургский государственный университет

Санкт-Петербург, Россия

A. Rybkin

Санкт-Петербургский государственный университет

Санкт-Петербург, Россия

Әдебиет тізімі

  1. M. Ramezani, J.-H. Kim, X. Liu, et al., High-Density Transparent Graphene Arrays for Predicting Cellular Calcium Activity at Depth from Surface Potential Recordings, Nature Nanotechnology 19, 504 (2024).
  2. V. T. Phong, N. R. Walet, and F. Guinea, Effective Interactions in a Graphene Layer Induced by the Proximity to a Ferromagnet, 2D Materials 5, 014004 (2017).
  3. C. L. Kane and E. J. Mele, Quantum Spin Hall Effect in Graphene, Phys. Rev. Lett. 95, 226801 (2005).
  4. F. D. M. Haldane, Model for a Quantum Hall Effect without Landau Levels: Condensed-Matter Realization of the "Parity Anomaly", Phys. Rev. Lett. 61, 2015 (1988).
  5. Z. Qiao, S. A. Yang, W. Feng et al., Quantum Anomalous Hall Effect in Graphene from Rashba and Exchange Effects, Phys. Rev. B 82, 161414 (2010).
  6. M. Offidani and A. Ferreira, Anomalous Hall Effect in 2D Dirac Materials, Phys. Rev. Lett. 121, 126802 (2018).
  7. H. Takenaka, S. Sandhoefner, A. A. Kovalev, and E. Y. Tsymbal, Magnetoelectric Control of Topological Phases in Graphene, Phys. Rev. B 100, 125156 (2019).
  8. P. Bampoulis, C. Castenmiller, D. J. Klaassen et al., Quantum Spin Hall States and Topological Phase Transition in Germanene, Phys. Rev. Lett. 130, 196401 (2023).
  9. Z. Lu, T. Han, Y. Yao et al., Fractional Quantum Anomalous Hall Effect in Multilayer Graphene, Nature 626, 759 (2024).
  10. Y. S. Dedkov, M. Fonin, U. R¨udiger, and C. Laubschat, Rashba Effect in the Graphene/Ni(111) System, Phys. Rev. Lett. 100, 107602 (2008).
  11. A. G. Rybkin, A. A. Rybkina, M. M. Otrokov et al., Magneto-Spin–Orbit Graphene: Interplay Between Exchange and Spin–Orbit Couplings, Nano Lett. 18, 1564 (2018).
  12. A. G. Rybkin, A. V. Tarasov, A. A. Rybkina et al., Sublattice Ferrimagnetism in Quasifreestanding Graphene, Phys. Rev. Lett. 129, 226401 (2022).
  13. A. V. Eryzhenkov, A. V. Tarasov, A. M. Shikin, and A. G. Rybkin, Non-Trivial Band Topology Criteria for Magneto-Spin–Orbit Graphene, Symmetry 15(2), 516 (2023).
  14. B. Mu˜niz Cano, A. Gud´in, J. S´anchez-Barriga et al., Rashba-Like Spin Textures in Graphene Promoted by Ferromagnet-Mediated Electronic Hybridization With a Heavy Metal, ACS Nano 18, 15716 (2024).
  15. H. Yang, A. D. Vu, A. Hallal et al., Anatomy and Giant Enhancement of the Perpendicular Magnetic Anisotropy of Cobalt–Graphene Heterostructures, Nano Lett. 16, 145 (2016).
  16. A. D. Vu, J. Coraux, G. Chen et al., Unconventional Magnetisation Texture in Graphene/Cobalt Hybrids, Sci. Rep. 6, 24783 (2016).
  17. O. Rader, A. Varykhalov, J. S´anchez-Barriga et al., Is There a Rashba Effect in Graphene on 3d Ferromagnets?, Phys. Rev. Lett. 102, 057602 (2009).
  18. K. V. Emtsev, A. A. Zakharov, C. Coletti et al., Ambipolar Doping in Quasifree Epitaxial Graphene on SiC(0001) Controlled by Ge Intercalation, Phys. Rev. B 84, 125423 (2011).
  19. S. Forti, A. St¨ohr, A. A. Zakharov et al., Mini-Dirac Cones in the Band Structure of a Copper Intercalated Epitaxial Graphene Superlattice, 2D Materials 3, 035003 (2016).
  20. S. Forti, S. Link, A. St¨ohr et al., Semiconductor to Metal Transition in Two-Dimensional Gold and its van der Waals Heterostack with Graphene, Nat. Commun. 11, 2236 (2020).
  21. A. A. Rybkina, S. O. Filnov, A. V. Tarasov et al., Quasi-Freestanding Graphene on SiC(0001) via Cobalt Intercalation of Zero-Layer Graphene, Phys. Rev. B 104, 155423 (2021).
  22. A. A. Rybkina, A. A. Gogina, A. V. Tarasov et al., Origin of Giant Rashba Effect in Graphene on Pt/SiC, Symmetry 15(11), 2052 (2023).
  23. P. Weinert, J. Hochhaus, L. Kesper et al., Structural, Chemical, and Magnetic Investigation of a Graphene/Cobalt/Platinum Multilayer System on Silicon Carbide, Nanotechnology 35, 165702 (2024).
  24. A. A. Gogina, A. A. Rybkina, X. Ye et al., Gold Intercalation of Different 6H-SiC (0001) Surface Reconstructions, Mater. Chem. Phys. 323, 129612 (2024).
  25. А. А. Яковлев, Дис....канд. физ.-мат. наук Структура и свойства поверхностных реконструкций Si(111)√3 × √3-Bi и Si(111)√3 × √3-Au, модифицированных атомами металлов, Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Владивосток (2016).
  26. A. Kovtun, D. Jones, S. Dell’Elce et al., Accurate Chemical Analysis of Oxygenated Graphene-Based Materials Using X-ray Photoelectron Spectroscopy, Carbon 143, 268 (2019).
  27. P. M. T. M. van Attekum and G. K. Wertheim, Excitonic Effects in Core-Hole Screening, Phys. Rev. Lett. 43, 1896 (1979).
  28. D.-Q. Yang and E. Sacher, Carbon 1s X-ray Photoemission Line Shape Analysis of Highly Oriented Pyrolytic Graphite: the Influence of Structural Damage on Peak Asymmetry, Langmuir 22, 860 (2006).
  29. C. Riedl, U. Starke, J. Bernhardt et al., Structural Properties of the Graphene-SiC(0001) Interface as a Key for the Preparation of Homogeneous LargeTerrace Graphene Surfaces, Phys. Rev. B 76, 245406 (2007).
  30. C. Riedl, C. Coletti, and U. Starke, Structural and Electronic Properties of Epitaxial Graphene on SiC(0001): a Review of Growth, Characterization, Transfer Doping and Hydrogen Intercalation, J. Phys. D: Appl. Phys. 43, 374009 (2010).
  31. P. M˚artensson, F. Owman, and L. I. Johansson, Morphology, Atomic and Electronic Structure of 6HSiC(0001) Surfaces, Phys. Stat. Solidi (b) 202(1), 501 (1997).
  32. U. Starke and C. Riedl, Epitaxial Graphene on SiC(0001) and SiC(0001): from Surface Reconstructions to Carbon Electronics, J. Phys.: Condens. Matter 21, 134016 (2009).
  33. A. G. Rybkin, A. V. Tarasov, A. A. Gogina et al., Устойчивый ферримагнетизм в квазисвободном графене, Письма в ЖЭТФ 117, 626 (2023).
  34. A. G. Rybkin, A. A. Rybkina, A. V. Tarasov et al., A New Approach for Synthesis of Epitaxial NanoThin Pt5Gd Alloy via Intercalation Underneath a Graphene, Appl. Surf. Sci. 526, 146687 (2020).
  35. K. V. Emtsev, F. Speck, T. Seyller et al., Interaction, Growth, and Ordering of Epitaxial Graphene on SiC{0001} Surfaces: A Comparative Photoelectron Spectroscopy Study, Phys. Rev. B 77, 155303 (2008).
  36. C. Riedl, C. Coletti, T. Iwasaki et al., Quasi-Free-Standing Epitaxial Graphene on SiC Obtained by Hydrogen Intercalation, Phys. Rev. Lett. 103, 246804 (2009).
  37. C. Riedl, A. Zakharov, and U. Starke, Precise In Situ Thickness Analysis of Epitaxial Graphene Layers on SiC(0001) Using Low-Energy Electron Diffraction and Angle Resolved Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy, Appl. Phys. Lett. 93(3), 033106 (2008).
  38. M. Mucha-Kruczy´nski, O. Tsyplyatyev, A. Grishin et al., Characterization of Graphene through Anisotropy of Constant-Energy Maps in Angle-Resolved Photoemission, Phys. Rev. B 77, 195403 (2008).
  39. B. Song, H. Bao, H. Li et al., Observation of Glassy Ferromagnetism in Al-Doped 4H-SiC, J. Am. Chem. Soc. 131, 1376 (2008).
  40. Y. Wang, L. Li, S. Prucnal et al., Disentangling Defect-Induced Ferromagnetism in SiC, Phys. Rev. B 89, 014417 (2014).
  41. S. O. Filnov, D. A. Estyunin, I. I. Klimovskikh et al., Room Temperature Ferromagnetism in Graphene/SiC(0001) System Intercalated by Fe and Co, Phys. Stat. Solidi: Rap. Res. Lett. 18(3), 2300336 (2024).
  42. S. Filnov, D. Estyunin, I. Klimovskikh et al., Cовместная интеркаляция ультратонких пленок Fe и Co под буферный слой графена на монокристалле SiC(0001), Письма в ЖЭТФ 117(5), 369 (2023).

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Russian Academy of Sciences, 2025