Cовместная интеркаляция ультратонких пленок Fe и Co под буферный слой графена на монокристалле SiC(0001)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В данной работе был изучен процесс совместной интеркаляции атомов кобальта и железа под буферный слой графена, синтезированный на монокристалле карбида кремния SiC(0001). Интеркаляция проводилась посредством поочередного напыления ультратонких пленок металлов Fe и Co на нагретую до 450 ◦С подложку c последующим прогревом до 600 ◦С в течение 15 мин. Показано, что при данных условиях атомы кобальта и железа интеркалируются под графен, формируя соединения с кремнием и друг с другом. С помощью сверхпроводящего квантового интерферометра было показано наличие магнитного порядка в системе вплоть до комнатной температуры. Основываясь на форме и величине петельгистерезиса, был проведен анализ возможных стехиометрий формируемых сплавов. Кроме того, было выявлено, что при экспозиции системы на атмосфере, Fe и Co оказываются не окисленными. Таким образом, графен также выполняет защитную фунцию для сформированной системы. Результаты данной работы вносят вклад в исследования графена при контакте с магнитными металлами и способствуют его использованию в устройствах спинтроники и наноэлектроники.

Об авторах

С. О Фильнов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: sfilnov@gmail.com
198504, Санкт-Петербург, Россия

Д. А Естюнин

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: sfilnov@gmail.com
198504, Санкт-Петербург, Россия

И. И Климовских

Санкт-Петербургский государственный университет; Московский физико-технический институт

Email: sfilnov@gmail.com
198504, Санкт-Петербург, Россия; 141701, г. Долгопрудный, Московская область, Россия

Т. П Макарова

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: sfilnov@gmail.com
198504, Санкт-Петербург, Россия

А. В Королева

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: sfilnov@gmail.com
198504, Санкт-Петербург, Россия

А. А Рыбкина

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: sfilnov@gmail.com
198504, Санкт-Петербург, Россия

Р. Г Чумаков

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: sfilnov@gmail.com
123182, г. Москва, Россия

А. М Лебедев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: sfilnov@gmail.com
123182, г. Москва, Россия

О. Ю Вилков

Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: sfilnov@gmail.com
198504, Санкт-Петербург, Россия

Список литературы

  1. A.K. Geim and K. S. Novoselov, Nat. Mater. 6, 183 (2007).
  2. M. J. Allen, V.C. Tung, and R.B. Kaner, Chem. Rev. 110, 132 (2010).
  3. A.M. Shikin, V.K. Adamchuk, S. Siebentritt, K.-H. Rieder, S. L. Molodtsov, and C. Laubschat, Phys. Rev. B 61, 7752 (2000).
  4. A.M. Shikin, D. Farias, V.K. Adamchuk, and K.H. Rieder, Surf. Sci. 424, 155 (1999).
  5. S.K. Tiwari, S. Sahoo, N. Wang, and A. Huczko, Journal of Science: Advanced Materials and Devices 5, 1 (2020).
  6. D.-D. Wu and H.-H. Fu, Nanotechnology 32, 245703 (2021).
  7. C. L. Kane and E. J. Mele, Phys. Rev. Lett. 95, 226801 (2005).
  8. P. H¨ogl, T. Frank, K. Zollner, D. Kochan, M. Gmitra, and J. Fabian, Phys. Rev. Lett. 124, 136403 (2020).
  9. A.V. Fedorov, N. I. Verbitskiy, D. Haberer, C. Struzzi, L. Petaccia, D. Usachov, O.Y. Vilkov, D.V. Vyalikh, J. Fink, M. Knupfer, B. B¨uchner, and A. Gr¨uneis, Nat. Commun. 5, 3257 (2014).
  10. B.M. Ludbrook, G. Levy, P. Nigge et al. Collaboration), Proceedings of the National Academy of Sciences 112, 11795 (2015).
  11. X. Du, I. Skachko, A. Barker, and E.Y. Andrei, Nature Nanotech. 3, 491 (2008).
  12. L. Banszerus, M. Schmitz, S. Engels, M. Goldsche, K. Watanabe, T. Taniguchi, B. Beschoten, and Ch. Stampfer, Nano Lett. 16, 2 (2016).
  13. M. Dr¨ogeler, Ch. Franzen, F. Volmer, T. Pohlmann, L. Banszerus, M. Wolter, K. Watanabe, T. Taniguchi, Ch. Stampfer, and B. Beschoten, Nano Lett. 16, 3533 (2016).
  14. M. Venkata Kamalakar, Ch. Groenveld, A. Dankert, and S.P. Dash, Nat. Commun. 6, 6766 (2015).
  15. S. Sato, Jpn. J. Appl. Phys. 54, 4 (2015).
  16. E.C. Ahn, npj 2D Mater. Appl. 4, 17 (2020).
  17. A.G. Rybkin, A.A. Rybkina, M.M. Otrokov, O.Yu. Vilkov, I. I. Klimovskikh, A.E. Petukhov, M.V. Filianina, V.Yu. Voroshnin, I.P. Rusinov, A. Ernst, A. Arnau, E.V. Chulkov, and A.M. Shikin, Nano Lett. 18(3), 1564 (2018).
  18. A.G. Rybkin, A.V. Tarasov, A.A. Rybkina, D.Yu. Usachov, A.E. Petukhov, A.V. Eryzhenkov, D.A. Pudikov, A.A. Gogina, I. I. Klimovskikh, G. Di Santo, L. Petaccia, A. Varykhalov, and A.M. Shikin, Phys. Rev. Lett. 129, 226401 (2022).
  19. Y.G. Semenov, K.W. Kim, J.M. Zavada, Appl. Phys. Lett. 91, 15 (2007).
  20. S. Bae, H. Kim, Y. Lee, et al. (Collaboration), Nature Nanotechnology 5, 574 (2010).
  21. H. Ago, Y. Ito, N. Mizuta, K. Yoshida, B. Hu, C.M. Orofeo, M. Tsuji, K.-i. Ikeda, and S. Mizuno, ACS Nano 4, 7407 (2010).
  22. A.V. Fedorov, A.Yu. Varykhalov, A.M. Dobrotvorskii, A.G. Chikina, V.K. Adamchuk, and D.Yu. Usachov, Phys. Solid State 53, 1952 (2011).
  23. Y. Zhang, L. Zhang, and C. Zhou, Acc. Chem. Res. 46, 2329 (2013).
  24. D.Yu. Usachov, K.A. Bokai, D.E. Marchenko, A.V. Fedorov, V.O. Shevelev, O.Yu. Vilkov, E.Yu. Kataev, L.V. Yashina, E. R¨uhl, C. Laubschatf, and D.V. Vyalikh, Nanoscale 10, 12123 (2018).
  25. I. I. Klimovskikh, M.M. Otrokov, V.Yu. Voroshnin, D. Sostina, L. Petaccia, G. Di Santo, S. Thakur, E.V. Chulkov, and A.M. Shikin, ACS Nano 11, 368 (2017).
  26. Y. Wang, F. Qing, Y. Jia, Y. Duan, Ch. Shen, Y. Hou, Y. Niu, H. Shi, and X. Li, Chemical Engineering Journal 405, 127014 (2021).
  27. D.A. Estyunin, I. I. Klimovskikh, V.Yu. Voroshnin, D.M. Sostina, L. Petaccia, G. Di Santo, and A.M. Shikin, JETP 125, 762 (2017).
  28. M.M. Otrokov, I. I. Klimovskikh, F. Calleja, A.M. Shikin, O. Vilkov, A.G. Rybkin, D. Estyunin, S. Muff, J.H. Dil, A.L. V'azquez de Parga, R. Miranda, H. Ochoa, F. Guinea, J. I. Cerd'a, E.V. Chulkov, and A. Arnau, 2D Materials 5, 035029 (2018).
  29. C. Berger, Zh. Song, T. Li, X. Li, A.Y. Ogbazghi, R. Feng, Zh. Dai, A.N. Marchenkov, E.H. Conrad, Ph.N. First, and W.A. de Heer, J. Phys. Chem. B 108, 19912 (2004).
  30. M.G. Mynbaeva, A.A. Lavrent'ev, and K.D. Mynbaev, Semiconductors 50, 138 (2016).
  31. C. Riedl, C. Coletti, and U. Starke, J. Phys. D 43, 374009 (2010).
  32. K.V. Emtsev, F. Speck, T. Seyller, L. Ley, and J.D. Riley, Phys. Rev. B 77, 155303 (2008).
  33. D. De Fazio, D.G. Purdie, A.K. Ott, Ph. Braeuninger- Weimer, T. Khodkov, S. Goossens, T. Taniguchi, K. Watanabe, P. Livreri, F.H. L. Koppens, S. Hofmann, I. Goykhman, A.C. Ferrari, and A. Lombardo, ACS Nano 13, 8926 (2019).
  34. A.A. Rybkina, S.O. Filnov, A.V. Tarasov, D.V. Danilov, M.V. Likholetova, V.Yu. Voroshnin, D.A. Pudikov, D.A. Glazkova, A.V. Eryzhenkov, I.A. Eliseyev, V.Yu. Davydov, A.M. Shikin, and A.G. Rybkin, Phys. Rev. B 104, 155423 (2021).
  35. S. J. Sung, J.W. Yang, P.R. Lee, J.G. Kim, M.T. Ryu, H.M. Park, G. Lee, C.C. Hwang, K. S. Kim, J. S. Kima, and J.W. Chung, Nanoscale 6, 3824 (2014).
  36. S.O. Filnov, A.A. Rybkina, A.V. Tarasov, A.V. Eryzhenkov, I.A. Eliseev, V.Yu. Davydov, A.M. Shikin, and A.G. Rybkin, JETP 134, 188 (2022).
  37. K. Shen, H. Sun, J. Hu, et al., The Journal of Physical Chemistry C 122, 37 (2018).
  38. M.V. Gomoyunova, G. S. Grebenyuk, V.Yu. Davydov, I.A. Ermakov, I.A. Eliseyev, A.A. Lebedev, S.P. Lebedev, E.Yu. Lobanova, A.N. Smirnov, D.A. Smirnov, and I. I. Pronin, Phys. Solid State 60, 1439 (2018).
  39. G. S. Grebenyuk, E.Yu. Lobanova, D.A. Smirnov, I.A. Eliseyev, A.V. Zubov, A.N. Smirnov, S.P. Lebedev, V.Yu. Davydov, A.A. Lebedev, and I. I. Pronin, Phys. Solid State 61(7), 1374 (2019).
  40. N.A. Anderson, M. Hupalo, D. Keavney, M.C. Tringides, and D. Vaknin, Phys. Rev. Materials 1, 054005 (2017).
  41. P.D. Bentley, T.W. Bird, A.P. J. Graham, O. Fossberg, S.P. Tear, and A. Pratt, AIP Adv. 11, 025314 (2021).
  42. N.A. Anderson, M. Hupalo, D. Keavney, M. Tringides, and D. Vaknin, J. Magn. Magn. Mater. 474, 666 (2019).
  43. V.N. Narozhnyi and V.N. Krasnorussky, JETP 116, 780 (2013).
  44. E.V. Ganapathy, K. Kugimiya, H. Steinfink, and D. I. Tchernev, Journal of the Less Common Metals 44, 245 (1976).
  45. I. Goldfarb, F. Cesura, and M. Dascalu, Adv. Mater 30, 1800004 (2018).
  46. A. J. van Bommel, J. E. Crombeen, and A. van Tooren, Surf. Sci. 48, 463 (1975).
  47. J.N. Hausmann, R. Beltr'an-Suito, S. Mebs, V. Hlukhyy, Th. F. F¨assler, H. Dau, M. Driess, and P.W. Menezes, Adv. Mater. 33, 27, 2008823 (2021).
  48. D. S. Jensen, S. S. Kanyal, and N. Madaan, Surface Science Spectra 20, 36 (2013).
  49. H.-f. Li, S. Dimitrijev, D. Sweatman, H. Barry Harrison, and Ph. Tanner, J. Appl. Phys. 86, 4316 (1999).
  50. JooHyung Kim, JungYup Yang, JunSeok Lee and JinPyo Hong, Appl. Phys. Lett. 92, 013512 (2008).
  51. V. Kinsinger, I. Dezsi, P. Steiner, and G. Langouche, J. Phys. Condens. Matter 2, 22 (1990).
  52. M.C. Biesinger, B.P. Payne, A.P. Grosvenor, L.W.M. Lau, A.R. Gerson, and R. St.C. Smart, Applied Surface Science 257, 2717 (2011).
  53. Y. Shin, D.A. Tuan, Y. Hwang, T.V. Cuong, and S. Cho, J. Appl. Phys. 113, 17C306 (2013).
  54. A. Zeleˇnkov'a, V. Zeleˇn'ak, I. Mat'ko, M. Streˇckov'a, P. Hrubovˇc'ak, and J. Kov'aˇc, J. Appl. Phys. 116, 033907 (2014).
  55. S. Bedanta and W. Kleemann, J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 013001 (2009).
  56. O. Sendetskyi, L. Anghinolfi, V. Scagnoli, G. M¨oller, N. Leo, A. Alberca, J. Kohlbrecher, J. L¨uning, U. Staub, and L. J. Heyderman, Phys. Rev. B 93, 224413 (2016).
  57. M. Perzanowski, A. Zarzycki, J. Gregor-Pawlowski, and M. Marszalek, ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 28159 (2016).
  58. Ch.-Y. Yang, Sh.-M. Yang, Y.-Y. Chen, and K.-Ch. Lu, Nanoscale Res. Lett. 15, 197 (2020).
  59. K. Seo, K. S.K. Varadwaj, P. Mohanty, S. Lee, Y. Jo, M.-H. Jung, J. Kim, and B. Kim, Nano Lett. 7(5), 1240 (2007).
  60. M. Ziese, I. Vrejoiu, and D. Hesse, Appl. Phys. Lett. 97, 052504 (2010).
  61. V. Asvini, G. Saravanan, R.K. Kalaiezhily, and K. Ravichandran, AIP Conf. Proc. 1942, 1 (2018).
  62. W. Zhu, Zh. Zhu, D. Li, G. Wu, L. Xi, Q.Y. Jin, and Z. Zhang, Journal J. Magn. Magn. Mater. 479, 179 (2019).
  63. I. Goldfarb, F. Cesura, and M. Dascalu, Adv. Mater. 30(41), 1800004 (2018).
  64. H. Xu, A.C.H. Huan, A.T. S. Wee, and D.M. Tong, Solid State Commun. 126, 659 (2003).
  65. H. Xu, A.C.H. Huan, A.T. S. Wee, and D.M. Tong, J. Appl. Phys. 109, 023908 (2011).
  66. Z. J. Huba, K. J. Carroll, and E.E. Carpenter, J. Appl. Phys. 109, 07B514 (2011).
  67. T. Hasegawa, Journal of Applied Physics Electronics and Communications in Japan 104, 2 (2021).
  68. M. Belusky, S. Lepadatu, J. Naylor, and M. Vopson, Physica B: Condensed Matter 574, 411666 (2019).
  69. A.M. Lebedev, K.A. Menshikov, V.G. Nazin, V.G. Stankevich, M.B. Tsetlin, and R.G. Chumakov, Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques 15, 1039 (2021).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023