石墨烯和石墨烯-氮化硼面内杂化材料的控制生长和原子尺度的精确表征

摘要

在不同的生长条件下(如超高真空(UHV)或常压化学气相沉积(CVD)),和不同的金属基底形态上(单晶或多晶),石墨烯的厚度、堆垛形式和生长机制都会表现出很大的差异.扫描隧道显微镜(STM)是真正能在原位无损的情况下,在原子尺度揭示这种差异的一种研究手段.然而,截至目前,特别是对于多晶基底上的石墨烯,由于基底的较大表面起伏不利于STM的扫描,相关的研究报道还比较匮乏.利用STM,作者研究了多种金属衬底(Cu,Pt,Rh等)上石墨烯的生长行为和微观结构.同时结合传统的材料表征手段，澄清了它们的表面催化和偏析生长的机理。观察发现了偏析生长获得的双层和多层石墨烯在STM图像中出现不同周期的莫尔条纹，利用STM/STS观察到范霍夫奇点(VHS)随层间扭转角度(不同摩尔周期)的线性变化关系。因此，制备有层间扭转角度的双层石墨烯是一种改变费米能级附近电子结构的有效方法。此外，作者也发现，石墨烯的结构类似物六方氮化硼(带隙5.9 eV)，可与石墨烯在面内实现良好的拼接从而形成单原子层的面内杂化结构，这类杂化结构的形成也是一种调控石墨烯能带结构的良好途径。与最近报道的多晶基底上的石墨烯-氮化硼的杂化结构不同，作者在单晶Rh(111)基底上制备出这种单原子层的杂化材料，澄清了一些在已有材料上不能揭示清楚的实验现象，比如石墨烯和氮化硼能无缺陷拼接，石墨烯和氮化硼连接边缘类型(zigzagor armchair)，以及连接边缘的局域电子结构等。