1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 6, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 6, стр. 32-38

Модификация электронной структуры слоев графена на β-SiC(001) молекулами феназинового красителя нейтральный красный

А. Н. Чайка a, *, И. М. Аристова a

a Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН
142432 Черноголовка, Россия

* E-mail: chaika@issp.ac.ru

Поступила в редакцию 22.10.2022
После доработки 25.12.2022
Принята к публикации 25.12.2022

Аннотация

Слои графена на полупроводниковых подложках, модифицированные с помощью ковалентной или нековалентной химической функционализации, могут быть использованы для создания гибридных структур, сочетающих физические свойства графена и органических соединений. В статье представлены результаты исследований атомной и электронной структуры ультратонких пленок графена на пластинах β-SiC/Si(001), модифицированных молекулами феназинового красителя Нейтральный красный. Сплошное покрытие графена толщиной несколько атомных слоев синтезировали на пластинах β-SiC/Si(001) в сверхвысоком вакууме при высоких температурах. Химическая модификация графена осуществлена в растворе диазониевой соли красителя Нейтральный красный под воздействием белого света. Данные сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии демонстрируют формирование композитной феназино-графеновой структуры с большой запрещенной зоной на всей поверхности образца. Молекулы могут быть ориентированы параллельно и перпендикулярно слоям графена, формируя на небольших участках поверхности локально-упорядоченные структуры с прямоугольной и косоугольной ячейкой. Электронный спектр и величина запрещенной зоны на различных участках поверхности зависят от локальной атомной структуры и ориентации молекул красителя относительно слоев графена. Согласно теоретическим расчетам, выполненным с использованием теории функционала плотности, локальные изменения электронной структуры молекул феназинового красителя и величины запрещенной зоны могут быть связаны с деформацией (сжатием или растяжением) молекул, обусловленной их взаимодействием с верхним слоем графенового покрытия.

Ключевые слова: графен, сканирующая туннельная микроскопия, сканирующая туннельная спектроскопия, теория функционала плотности.

Список литературы

  1. Wallace P.R. // Phys. Rev. 1947. V. 71. P. 622. https://www.doi.org/10.1103/PhysRev.71.622

  2. Novoselov K.S., Geim A.K., Morozov S.V, Jiang D., Zhang Y., Dubonos S.V., Grigorieva I.V., Firsov A.A. // Science. 2004. V. 306. P. 666. https://www.doi.org/10.1126/science.1102896

  3. Aristov V.Yu., Urbanik G., Kummer K., Vyalikh D.V., Molodtsova O.V., Preobrajenski A.B., Hess C., Büchner B., Vobornik I., Fujii J., Panaccione G., Ossipyan Yu.A., Knupfer M. // Nano Lett. 2010. V. 10. P. 992. https://www.doi.org/10.1021/nl904115h

  4. Chaika A.N., Molodtsova O.V., Zakharov A.A., Marchenko D., Sánchez-Barriga J., Varykhalov A., Shvets I.V., Aristov V.Y. // Nano Res. 2013. V. 6. P. 562. https://www.doi.org/10.1007/s12274-013-0331-9

  5. Chaika A.N., Molodtsova O.V, Zakharov A.A., Marchenko D., Sánchez-Barriga J., Varykhalov A., Babenkov S.V., Portail M., Zielinski M., Murphy B.E., Krasnikov S.A., Lübben O., Shvets I.V., Aristov V.Y. // Nanotechnology. 2014. V. 25. P. 135605. https://www.doi.org/10.1088/0957-4484/25/13/135605

  6. Chaika A.N., Aristov V.Y., Molodtsova O.V. // Prog. Mater. Sci. 2017. V. 89. P. 1. https://www.doi.org/10.1016/j.pmatsci.2017.04.010

  7. Wu H.-C., Chaika A.N., Huang T.-W., Syrlybekov A., Abid M., Aristov V.Y., Molodtsova O.V., Babenkov S.V., Marchenko D., Sánchez-Barriga J., Mandal P.S., Varykhalov, A.Y., Niu Y., Murphy B.E., Krasnikov S.A., Lübben O., Wang J.J., Liu H., Yang L., Zhang H., Abid M., Janabi Y.T., Molotkov S.N., Chang C.-R., Shvets I. // ACS Nano. 2015. V. 9. P. 8967. https://www.doi.org/10.1021/acsnano.5b02877

  8. Wu H.-C., Chaika A.N., Hsu M.-C., Huang T.-W., Abid M., Abid M., Aristov V.Y., Molodtsova O.V., Babenkov S.V., Niu Y., Murphy B.E., Krasnikov S.A., Lübben O., Liu H., Chun B.S., Janabi Y.T., Molotkov S.N., Shvets I.V., Lichtenstein A.I., Katsnelson M.I., Chang C.-R. // Nat. Commun. 2017. V. 8. P. 14453. https://www.doi.org/10.1038/ncomms14453

  9. Aristov V.Yu., Chaika A.N., Molodtsova O.V., Babenkov S.V., Locatelli A., Mentes T.O., Sala A., Potorochin D., Marchenko D., Murphy B., Walls B., Zhussupbekov K., Shvets I.V. // ACS Nano. 2019. V. 13. P. 526. https://www.doi.org/10.1021/acsnano.8b07237

  10. Ouerghi A., Ridene M., Balan A., Belkhou R., Barbier A., Gogneau N., Portail M., Michon A., Latil S., Jegou P., Shukla A. // Phys. Rev. B. 2011. V. 83. P. 205429. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.83.205429

  11. Gogneau N., Balan A., Ridene M., Shukla A., Ouerghi A. // Surf. Sci. 2012. V. 606. P. 217. https://www.doi.org/10.1016/j.susc.2011.09.021

  12. Ouerghi A., Balan A., Castelli C., Picher M., Belkhou R., Eddrief M., Silly M.G., Marangolo M., Shukla A., Sirotti F. // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101. P. 021603. https://www.doi.org/10.1063/1.4734396

  13. Abe S., Handa H., Takahashi R., Imaizumi K., Fukidome H., Suemitsu M. // J. Appl. Phys. 2011. V. 50. P. 070102. https://www.doi.org/10.1143/JJAP.50.070102

  14. Velez-Fort E., Silly M.G., Belkhou R., Shukla A., Sirotti F., Ouerghi A. // Appl. Phys. Lett. 2013. V. 103. P. 083101. https://www.doi.org/10.1063/1.4818547

  15. Gogneau N., Ben GouiderTrabelsi A., G. Silly M., Ridene M., Portail M., Michon A., Oueslati M., Belkhou R., Sirotti F., Ouerghi A. // Nanotechnol. Sci. Appl. 2014. V. 7. P. 85. https://www.doi.org/10.2147/NSA.S60324

  16. Hens P., Zakharov A.A., Iakimov T., Syväjärvi M., Yakimova R. // Carbon. 2014. V. 80. P. 823. https://www.doi.org/10.1016/j.carbon.2014.09.041

  17. Suemitsu M., Jiao S., Fukidome H., Tateno Y., Makabe I., Nakabayashi T. // J. Phys. D.: Appl. Phys. 2014. V. 47. P. 094016. https://www.doi.org/10.1088/0022-3727/47/9/094016

  18. Zhou S.Y., Gweon G.-H., Fedorov A., First d. P.N., De Heer W., Lee D.-H., Guinea F., Neto A.C., Lanzara A. // Nat. Mater. 2007. V. 6. P. 770. https://www.doi.org/10.1038/nmat2003

  19. Xia F., Farmer D.B., Lin Y.-m., Avouris P. // Nano Lett. 2010. V. 10. P. 715. https://www.doi.org/10.1021/nl9039636

  20. Choi J., Kim K.J., Kim B., Lee H., Kim S. // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. P. 9433. https://www.doi.org/10.1021/jp9010444

  21. Niyogi S., Bekyarova E., Itkis M.E., Zhang H., Shepperd K., Hicks J., Sprinkle M., Berger C., Lau C.N., de Heer W.A, Conrad E.H., Haddon R.C. // Nano Lett. 2010. V. 10. P. 4061. https://www.doi.org/10.1021/nl1021128

  22. Georgakilas V., Otyepka M., Bourlinos A.B., Chandra V., Kim N., Kemp K.C., Hobza P., Zboril R., Kim K.S. // Chem. Rev. 2012. V. 112. P. 6156. https://www.doi.org/10.1021/cr3000412

  23. Martin D.P., Tariq A., Richards B.D.O., Jose G., Krasnikov S.A., Kulak A., Sergeeva N.N. // Chem. Commun. 2017. V. 53. P. 10715. https://www.doi.org/10.1039/C7CC05158A

  24. Sergeeva N.N., Chaika A.N., Walls B., Murphy B.E., Walshe K., Martin D.P., Richards B.D.O., Jose G., Fleischer K., Aristov V.Y., Molodtsova O.V., Shvets I.V., Krasnikov S.A. // Nanotechnology. 2018. V. 29. P. 275705. https://www.doi.org/10.1088/1361-6528/aabf11.

  25. Potorochin D.V., Chaika A.N., Molodtsova O.V., Aristov V.Yu., Marchenko D.E., Smirnov D.A., Makarova A.A., Walls B., Zhussupbekov K., Walshe K., Shvets I.V., Ciobanu A.S., Rabchinskii M.K., Ulin N.V., Baidakova M.V., Brunkov P.N., Molodtsov S.L. // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 585. P. 152542. https://www.doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.152542

  26. Cardona P.-J., Soto C., Martin C., Giquel B., Agusti G., Guirado E., Sirakova T., Kolattukudy P., Julian E., Luquin M. // Microbes Infect. 2006. V. 8. P. 183. https://www.doi.org/10.1016/j.micinf.2005.06.011

  27. Wang Y.T., Zhao F.L., Li K.A., Tong S.Y. // Analytica Chimica Acta. 1999. V. 396 P. 75. https://www.doi.org/10.1016/S0003-2670(99)00365-7

  28. LaManna J.C., McCracken K.A. // Anal. Biochem. 1984. V. 142. P. 117. https://www.doi.org/10.1016/0003-2697(84)90525-6

  29. Fautz R., Husein B., Hechenberger C. // Mutat. Res. 1991. V. 253. P. 173. https://www.doi.org/10.1016/0165-1161(91)90130-Z

  30. Fischer B.B., Krieger-Liszkay A., Eggen R.I. // Environ. Sci. Technol. 2004. V. 38. P. 6307. https://www.doi.org/10.1021/es049673y

  31. Fischer B.B., Krieger-Liszkay A., Eggen R.I. // Plant Sci. 2005. V. 168. P. 747. https://www.doi.org/10.1016/j.plantsci.2004.10.008

  32. Goicoechea J., Zamarreño C.R., Matias I., Arregui F. // Sensors and Actuators B: Chemical. 2008. V. 132. P. 305. https://www.doi.org/10.1016/j.snb.2008.01.056

  33. Bauldreay J., Archer M. // Electrochimica Acta. 1983. V. 28. P. 1515. https://www.doi.org/10.1016/0013-4686(83)85210-4

  34. Jana A.K., Bhowmik B.B. // J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 1999. V. 122. P. 53. https://www.doi.org/10.1016/S1010-6030(98)00467-5

  35. Jana A.K. // J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 2000. V. 132. P. 1. https://www.doi.org/10.1016/S1010-6030(99)00251-8

  36. Giannozzi P., Andreussi O., Brumme T., Bunau O., Buongiorno Nardelli M., Calandra M., Car R., Cavazzoni C., Ceresoli D., Cococcioni M., Colonna N., Carnimeo I., Dal Corso A., de Gironcoli S., Delugas P., DiStasio R.A., Ferretti A., Floris A., Fratesi G., Fugallo G., Gebauer R., Gerstmann U., Giustino F., Gorni T., Jia J., Kawamura M., Ko H.-Y., Kokalj A., Küçükbenli E., Lazzeri M., Marsili M., Marzari N., Mauri F., Nguyen N.L., Nguyen H.-V., Otero-de-la-Roza A., Paulatto L., Poncé S., Rocca D., Sabatini R., Santra B., Schlipf M., Seitsonen A.P., Smogunov A., Timrov I., Thonhauser T., Umari P., Vast N., Wu X., Baroni S. // J. Phys.: Condens. Matter. 2017. V. 29. P. 465901. https://www.doi.org/10.1088/1361-648X/aa8f79

  37. Perdew J.P., Zunger A. // Phys. Rev. B. 1981. V. 23. P. 5048. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.23.5048

  38. Liu G., Gan Y., Quhe R., Lu P. // Chem. Phys. Lett. 2018. V. 709. P. 65. https://www.doi.org/10.1016/j.cplett.2018.08.029

  39. Horcas I., Fernández R., Gómez-Rodríguez J.M., Colchero J., Gómez-Herrero J., Baró A.M. // Rev. Sci. Instrum. 2007. V. 78. P. 013705. https://www.doi.org/10.1063/1.2432410

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал