[논문 리뷰] Assembling Di- and Multiatomic Si Clusters in Graphene via Electron Beam Manipulation

Ondrej Dyck, Songkil Kim외 4명|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 25.

Graphene research and applications참고 문헌 62인용 수 50

한 줄 요약

이 연구는 sub-atomically focused electron beam을 이용한 스캐닝 투과 전자현미경에서의 Si 치환 및 클러스터 형성 유도와 제어를 통해 그래핀 위에서 di-, tri-, and tetrameric silicon clusters를 조립하고, 원자 규모의 시간 분해 이미징으로 이를 관찰하는 것을 보여준다.

ABSTRACT

We demonstrate assembly of di-, tri- and tetrameric Si clusters on the graphene surface using sub-atomically focused electron beam of a scanning transmission electron microscope. Here, an electron beam is used to introduce Si substitutional defects and defect clusters in graphene with spatial control of a few nanometers, and enable controlled motion of Si atoms. The Si substitutional defects are then further manipulated to form dimers, trimers and more complex structures. The dynamics of a beam induced atomic scale chemical process is captured in a time-series of images at atomic resolution. These studies suggest that control of the e-beam induced local processes offers the next step toward atom-by-atom nanofabrication and provides an enabling tool for study of atomic scale chemistry in 2D materials.

연구 동기 및 목표

• 그래핀에서의 실리콘 결함과 클러스터를 원자 단위로 제어하는 것을 촉진하여 2D 재료의 나노스케일 엔지니어링 경로를 제시한다.
• sub-atomically focused electron beam이 nanometer 정밀도로 Si substitutional defects를 생성하고 defect clusters를 만들 수 있음을 보여준다.
• Si 원자의 제어된 움직임과 di-, tri-, 및 더 큰 Si 구조의 형성을 시연한다.
• 비행 시간 시리즈, 원자 해상도 이미징으로 빔 유도 과정의 조작 프로토콜을 검증한다.

제안 방법

• scanning transmission electron microscope에서 sub-atomically focused electron beam을 사용하여 그래핀에서 nanometer 규모의 공간 제어로 Si substitutional defects와 defect clusters를 도입한다.
• Si substitutional defects를 조작하여 그래핀 표면 위에 di-, tri-, 및 tetrameric Si 클러스터를 조립한다.
• 원자 해상도에서 시간 시리즈 형태로 빔 유도 화학 과정의 다이나믹스를 포착한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 sub-atomically focused electron beam이 그래핀에서 Si substitutional defects의 형성과 제어를 유도할 수 있는가?
• RQ2 electron-beam 조작을 이용해 그래핀에서 nanometer 정밀도로 더 큰 Si 클러스터(dimer, trimer, tetramer)를 조립할 수 있는가?
• RQ3 Si 원자의 제어된 운동과 조립을 가능하게 하는 빔 유도 다이나믹스의 본질은 무엇인가?

주요 결과

• Si substitutional defects와 defect clusters가 그래핀에 nanometer 규모의 공간 제어로 도입될 수 있다.
• Si 원자는 그래핀 위에서 dimer, trimer, 더 복잡한 Si 클러스터 구조를 형성하도록 조작될 수 있다.
• 시간 시리즈 원자 해상도 이미징은 클러스터 조립을 안내하는 빔 유도 화학 과정의 다이내믹스를 포착한다.
• 결과는 전자빔에 의해 유도된 국부적 과정이 2D 재료에서 원자 단위 나노제작에 기여할 수 있음을 시사한다.