Tytuł projektu Nowa metoda syntezy germanenu
Kierownik projektu dr Marek Kopciuszyński
Numer 2018/02/X/ST5/02341
Źródło finansowania Narodowe Centrum Nauki
Kwota dofinansowania 7 095 PLN
Okres realizacji 2019

 

Opis projektu

Germanen to dwuwymiarowy materiał o strukturze krystalograficznej podobnej do grafenu. Posiada on pasma elektronowe o liniowej dyspersji co jest dowodem na obecność fermionów Diraca [1]. Ze względu na hybrydyzację typu sp3 występującą w germanenie, materiał ten tworzy strukturę typu plastra miodu, w której dwie heksagonalne podsieci są względem siebie przesunięte w kierunku prostopadłym do jego powierzchni. Ta cecha pozwala na łatwe otwieranie przerwy energetycznej poprzez przyłożenie zewnętrznego pola elektrycznego, co nie jest możliwe w przypadku grafenu. Daje to potencjalne możliwości wytworzenia nowej klasy szybkich urządzeń elektronicznych.

W ostatnim czasie dowiedziono, że germanen można utworzyć nanosząc atomy Ge na powierzchnię monokryształu Au(111) [1]. Co więcej, na podłożu wykonanym z Au(111) materiał ten zachowuje swoją najważniejszą cechę jaką jest występowanie pasm o liniowej dyspersji w strukturze elektronowej [1, 2]. Procesowi wzrostu germanenu na Au(111) towarzyszy silna dyfuzja atomów Ge wgłąb monokryształu złota [3]. Atomy te mogą następnie segregować na powierzchnię monokryształu Au po jego podgrzaniu [3]. Można jednak pomyśleć o takiej modyfikacji procedury wytwarzania germanenu, aby procesy dyfuzji stały się czynnikiem sprzyjającym – co było inspiracją do przygotowania niniejszego wniosku.

Zasadnicza idea dotycząca nowej metody syntezy germanenu polega na wykorzystaniu procesu segregacji Ge w złocie. Jednak w przeciwieństwie do badań prowadzonych przez Davila i współpracowników [1], materiał ten byłby wytwarzany na powierzchni warstwy Au o grubości rzędu 10 warstw atomowych osadzonej na powierzchni Ge(111). W takim układzie procesy segregacji Ge zachodzące w podwyższonej temperaturze mogą doprowadzić do utworzenia germanenu bez konieczności bezpośredniego nanoszenia Ge na powierzchnię próbki. Podobne zjawisko zostało zaobserwowane wcześniej w przypadku ultracienkich warstw złota osadzanych na podłożu Si(111), gdzie w odpowiednich warunkach możliwe jest utworzenie silicenu [4].

Celem projektu jest wykonanie badań nad układem Au/Ge(111) w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS przy linii PEEM/XAS. Badania będą prowadzone przy pomocy techniki PEEM w ramach czasu badawczego, którym dysponuje zespół prof. Józefa Koreckiego dzięki nawiązanej uprzednio współpracy. Plan badawczy obejmuje wykonanie pomiarów PEEM w zakresie energii fotoelektronów odpowiadającej stanom elektronowym atomów Ge. Takie obrazo wanie próbki w postaci warstw złota osadzonych na powierzchni Ge(111) pozwoli na zlokalizowanie obszarów, w których gromadzą się atomy germanu. Ponieważ technika PEEM pozwala na obserwację powierzchni w czasie rzeczywistym, możliwa jest rejestracja dynamicznych procesów zachodzących podczas wygrzewania podłoża.

Badania te mają na celu lepsze zrozumienie procesów odpowiadających za dyfuzję atomów Ge w warstwie Au. Wyniki, które można uzyskać przy wykorzystaniu stacji badawczej PEEM pozwolą na zaplanowanie dalszych badań nad układem Germanen/Au/Ge(111). Kolejnym etapem może być określenie struktury krystalograficznej oraz elektronowej przy pomocy skaningowej mikroskopii tunelowej (STM) oraz kątowo-rozdzielczej spektroskopii fotoelektronów (ARPES). Badania takie mogą być w przyszłości realizowane w Instytucie Fizyki Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej, będzie to jednak wymagało modyfikacji posiadanej obecnie aparatury. Z tego powodu planowane jest dalsze ubieganie się o środki Narodowego Centrum Nauki w ramach kolejnych konkursów granatowych.

Literatura

[1] M. E. Dávila, G. Le Lay, Few layer epitaxial germanene: a novel two-dimensional Dirac material, Sci. Rep. 6, 20714 (2016).

[2] N. B. M. Schröter, M. D. Watson, L. B. Duffy, M. Hoesch, Y. Chen, T. Hesjedal, T. K. Kim, Emergence of Dirac-like bands in the monolayer limit of epitaxial Ge films on Au(111), 2D Mater. 4, 031005 (2017).

[3] E. D. Cantero, L. M. Solis, Y. Tong, J. D. Fuhr, M. L. Martiarena, O. Grizzi, E. A. Sánchez, Growth of germanium on Au(111): Formation of germanene or intermixing of Au and Ge atoms?, Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 18580 (2017).

[4] M. Kopciuszyński, Struktura elektronowa ultacienkich warstw Au na powierzchni Si, Rozprawa doktorska (2015).

 

We use cookies on our website. Some of them are essential for the operation of the site, while others help us to improve this site and the user experience (tracking cookies). You can decide for yourself whether you want to allow cookies or not. Please note that if you reject them, you may not be able to use all the functionalities of the site.

Ok