氢等离子体刻蚀在石墨表面合成的具有锯齿形边缘态的六边形纳米坑

我们通过扫描隧道显微镜研究了在各种条件（如 H$_2$ 压强、温度、刻蚀时间和等离子体产生的 RF 功率）下，由氢等离子体刻蚀在石墨表面产生的单原子层深度纳米坑的形貌。除了已知的压强诱导的纳米坑形貌转变外，我们发现了一个尖锐的温度诱导转变：在狭窄温度范围内，从许多约 150 nm 大小的小型较圆纳米坑转变为少数 300-600 nm 的大型六边形纳米坑。为解释压强诱导转变而提出的远程与直接等离子体模式切换机制，不能直接适用于这一新发现的转变。对此方法在石墨表面制备的六边形纳米坑边缘的扫描隧道谱（STS）测量，显示出局域于锯齿形边缘（边缘态）的特殊电子态的清晰特征，即费米能附近一个显著的峰，两侧伴随局域态密度的抑制。这些观察表明六边形纳米坑由高密度的锯齿形边缘构成。STS 数据还揭示了边缘态的畴结构，其中电子态沿边缘在约 3 nm 的长度尺度上变化。本研究将为微观理解各向异性刻蚀机制以及锯齿形纳米带中的自旋极化铺平道路，后者是未来石墨烯纳米电子学中有前景的关键要素。