漂浮在钙原子片上的石墨烯

将钙添加到复合石墨烯 - 基材结构中会产生高转变温度 (Tc) 超导体。在一项新研究中，由澳大利亚领导的团队首次证实了这些钙原子的实际情况：令所有人惊讶的是，钙在上石墨烯片和下缓冲片的下方，使石墨烯漂浮在钙床上原子。

超导钙注入石墨烯对节能电子产品和透明电子产品具有广阔的前景。

研究掺钙石墨烯：脱掉羽绒被

石墨烯的特性可以通过在石墨烯下方或两个石墨烯片之间注入另一种材料(称为嵌入的过程)进行微调。

这种外来原子或分子的注入通过增加其电导率、减少与基板的相互作用或两者兼而有之，来改变石墨烯的电子特性。

将钙注入石墨中会产生具有相对较高超导转变温度 (T c )的复合材料(插钙石墨，CaC 6)。在这种情况下，钙原子最终位于石墨烯片之间。

将钙注入碳化硅衬底上的石墨烯中也会产生高 T c超导体，我们一直认为我们也知道在这种情况下钙的去向......

碳化硅上的石墨烯具有两层碳原子：一个石墨烯层位于另一个缓冲层之上：在合成过程中在石墨烯和碳化硅基板之间形成的碳层(结构类似石墨烯)，并且是非由于部分结合到基板表面而导电。

主要作者 Jimmy Kotsakidis 解释说：“想象一下，碳化硅就像一张床垫，上面有一张床单(缓冲层粘合在上面)和一张平板(石墨烯)。”

传统观点认为钙应该注入两个碳层之间(两片之间)，类似于石墨中​​石墨烯层之间的注入。令人惊讶的是，莫纳什大学领导的团队发现，在注入时，钙原子的最终目的地位置位于缓冲层和下面的碳化硅基板之间(在床单和床垫之间!)。

Kotsakidis 解释说：“当我们意识到钙与基板的硅表面结合时，我们感到非常惊讶，这确实与我们认为会发生的事情背道而驰。”

注入后，钙会破坏缓冲层和基板表面之间的键，从而导致缓冲层“漂浮”在基板上方，形成新的准独立双层石墨烯结构 (Ca-QFSBLG)。

这个结果是出乎意料的，之前的大量研究没有考虑到缓冲层下方的钙嵌入。因此，该研究解决了关于嵌入钙位置的长期混淆和争议。

澳大利亚同步加速器的 X 射线光电子能谱 (XPS) 测量能够精确定位碳化硅表面附近钙的位置

结果也得到了低能电子衍射 (LEED) 和扫描隧道显微镜 (STM) 测量以及使用密度泛函理论 (DFT) 建模的支持。

还有镁……

掌握了这些信息后，澳大利亚团队还决定研究镁——众所周知难以注入石墨结构——是否可以插入(嵌入)到碳化硅衬底上的石墨烯中。

令研究人员惊讶的是，镁的行为与钙非常相似，并且还注入石墨烯和基板之间，再次使石墨烯漂浮。

镁和钙嵌入的石墨烯 n 型掺杂石墨烯，并导致低功函数石墨烯，当使用石墨烯作为其他材料的导电接触时，这是一个有吸引力的方面。

但与钙不同的是，镁插层石墨烯在环境大气中保持稳定至少六个小时，克服了碱金属和碱土金属插层石墨烯的主要技术障碍。

“事实上，Mg-QFSBLG 是一种低功函数材料，n 型掺杂石墨烯，同时在环境气氛中保持相当稳定，这是在技术应用中实现这些新型插层材料的正确方向迈出的一大步，”合著者教授解释说迈克尔·富勒。

“镁插层石墨烯可能是发现其他类似稳定插层剂的垫脚石。”

论文“通过将钙和镁插入缓冲层-SiC(0001) 界面中的独立 n 掺杂石墨烯”于2020 年 7 月发表在材料化学上。

进一步探索

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