在铜及铜的氧化层表面制备二维结构的STM研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院) | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangyugui888
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低维材料由于其高比表面积和特殊的价键结构与几何结构表现出特别的物理、化学与电子性质,特别是2004年,机械剥离法制备石墨烯成功实现,引发了人们对二维(two-dimensional,2D)纳米结构的兴趣。在2D纳米结构中,2D锑结构,尤其是锑烯,以其高稳定性和宽带隙获得关注,本文分别以Cu(111)和Cu(110)面的氧化层作为衬底制备了 2D锑结构。并以Cu(111)为衬底制备2D硒化铜结构,以探究其有别于典型的二维过渡金属二硫属化物(transition metal dichalcogenides,TMDs)的结构特征。论文主要内容如下:采用外延生长法在Cu(1 11)的氧化层表面制备锑结构相,使用扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscopy,STM)系统地进行了研究。将 Cu(1 11)进行氧化,形成了单胞为Cu(111)单胞41倍的波纹状氧化层结构。Sb原子在氧化层上的初始沉积导致平整的(√7×√7)相的形成。密度泛函理论(density functional theory,DFT)计算确定了(√7×√7)相的结构。随后锑的进一步沉积形成了屈曲起伏的锑烯相。最后,观察到一个花状的锑纳米环结构,在氧暴露下保持稳定。扫描隧道谱的测量表明,(√7 ×√7)相为金属性,而锑烯和纳米环相呈半导体性。系统地研究了在Cu(1 10)的氧化铜上使用外延生长法制备的扶手椅(armchair)状和锯齿(zigzag)状的锑纳米结构。对Cu(110)表面进行氧化,形成了 c(6 × 2)和(2 × 1)结构。在c(6× 2)层表面沉积锑原子,形成armchair状纳米结构,同时,初始的c(6 × 2)结构转变为(2 × 1)结构。结合STM实验和DFT计算,确定了armchair相的结构。随着Sb覆盖度的增加,出现了两个亚稳中间相以及c(2 × 2)构型。最终,锑原子的进一步沉积在c(2 × 2)表面形成了 zigzag形纳米结构,并观察到三种位错。Armchair相和zigzag相呈现较高的稳定性。测量了各相的扫描隧道谱,其中armchair相的谱与DFT计算所得的态密度一致。这将为在氧化物上制备具有良好边缘结构的稳定2D材料提供途径。采用外延生长法在Cu(111)表面制备硒化铜单层结构。制得的表面形态展现出一个单层honeycomb结构,这与TMDs的典型三明治状结构不同。硒化铜单层与Cu(111)衬底间的晶格失配形成莫尔(Moire)图案。结合DFT计算,对硒化铜结构的窄带隙进行了研究。
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