单层石墨中单空位 - 氢复合物的直接成像
材料科学
2014-04-07 v2
摘要
理解外来化学物种如何与石墨烯层中的原子空位键合，可以提高我们定制缺陷石墨材料电子和磁性能的能力。在此，我们利用超高真空扫描隧道显微镜（UHV-STM）和密度泛函理论，确定了石墨最上层石墨烯层中氢化单原子空位的精确结构，并建立了氢钝化细节与单原子空位电子性质之间的联系。单空位 - 氢复合物是通过用低能离子溅射石墨表面层，然后将其短暂暴露于原子氢环境中制备的。高分辨率实验 UHV-STM 成像使我们能够明确确定缺陷石墨烯晶格中单个缺失原子的位置，并结合从头算计算，提供了关于单空位 - 氢复合物周边低能电子态分布的详细信息。我们发现，当每个 sigma 悬挂键都被一个氢原子钝化时，单原子空位显示出源自非键合 pi 态的清晰信号，该信号以 (\sqrt 3 \times \sqrt 3)R30^ \circ 周期性渗透到体相中。然而，对于 sigma 悬挂键完全氢终止且在其中一个单氢化碳原子处对扩展 pi 态进行额外氢钝化的单原子空位，其特征是低能局域态被完全猝灭。此外，我们还讨论了单空位 - 氢复合物周边的氢原子迁移，正如我们在低偏压高分辨率 STM 成像中观察到的那样，这种迁移会显著改变空位的低能电子性质。
引用
@article{arxiv.1310.0775,
title = {Direct imaging of monovacancy-hydrogen complexes in single graphitic layer},
author = {Maxim Ziatdinov and Shintaro Fujii and Koichi Kusakabe and Manabu Kiguchi and Takehiko Mori and Toshiaki Enoki},
journal= {arXiv preprint arXiv:1310.0775},
year = {2014}
}
备注
Accepted for publication in Physical Review B