[논문 리뷰] Rotational domains of graphene on Ir(111)

Elena Loginova, Shu Nie외 3명|arXiv (Cornell University)|2009. 04. 08.

Graphene research and applications인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 LEEM, LEED 및 STM를 사용하여 Ir(111) 상에서 그래핀의 세 가지 새로운 회전 도메인을 규명하였으며, 이들의 오차 각도는 약 14°, 18.5° 및 30°이다. 30°-회전된 구조는 추가로 STM로 분석되었으며, 원자 모델이 제안되었다. 냉각 과정 중에 형성된 선형 결함은 기질 수축으로 인한 국소적 떼어짐으로 인해 생긴 그래핀 산성으로 밝혀졌다.

ABSTRACT

We use low-energy electron microscopy (LEEM), low energy electron diffraction (LEED) and scanning tunneling microscopy (STM) to study four different orientations of single graphene sheets on Ir(111). The most-abundant orientation has been previously characterized in the literature. As measured using selective-area LEED, we find the graphene sheets in the other three variants to be rotated by approximately 14, 18.5 and 30 degrees, respectively. The 30-degree-rotated structure is also studied by STM. We propose atomic models for the new variants. The moire structures can be classified using simple geometric rules involving the different periodic and quasiperiodic structural motifs. In addition, LEEM reveals that linear defects form in the graphene sheets during cooling from the synthesis temperature. STM shows that the defects are ridges where the graphene sheets locally delaminate as the Ir substrate contracts.

연구 동기 및 목표

• 단일층 그래핀이 Ir(111) 상에서 이전에 보고되지 않은 회전 방향을 규명하고 특성화하는 것.
• 그래핀-기질 격자 불일치로 인해 형성된 구조적 무늬와 모리에 패tern의 이해.
• 합성 온도에서 냉각되는 동안 관찰된 선형 결함의 기원과 성질을 조사하는 것.
• 기하학적 및 衍射 분석 기반으로 새로 규명된 회전 변형에 대한 원자 모델을 수립하는 것.

제안 방법

• 대규모 그래핀 도메인 이미징과 선형 결함 탐지에 위해 저에너지 전자 현미경(LEEM)을 사용하였다.
• 그래핀과 Ir(111) 기질 간의 회전 각도 측정을 위해 선택적 영역 저에너지 전자 衍射(LEED)를 적용하였다.
• 30°-회전된 그래핀 변형의 원자 스케일 구조를 해석하기 위해 스캐닝 터널링 현미경(STM)을 사용하였다.
• 주기적 및 준주기적 구조 무늬 간의 기하학적 관계를 이용해 모리에 패턴을 분석하였다.
• 냉각 중 구조적 변화와 결함 형성, 특히 산성 형태의 결함 간의 상관관계를 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 세 개의 새로 관측된 도메인에서 그래핀의 Ir(111) 기질에 대한 회전 오차 각도는 무엇인가?
• RQ2 이러한 회전된 도메인에서의 모리에 슈퍼스트럭처는 기저 격자 주기성과 어떻게 관련이 있는가?
• RQ3 합성 온도에서 냉각되는 동안 그래핀 내 선형 결함이 형성되는 원인은 무엇인가?
• RQ4 관측된 회전 변형과 그 인터페이스 구조를 설명할 수 있는 원자 모델을 구성할 수 있는가?
• RQ5 Ir 기질의 열수축은 그래핀의 떼어짐과 결함 형태에 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• Ir(111) 상에서 그래핀의 세 가지 새로운 회전 도메인이 규명되었으며, 기질에 대한 오차 각도는 약 14°, 18.5° 및 30°였다.
• 30°-회전된 그래핀 구조는 STM로 이미징되어 제안된 원자 모델과 일치하는 복잡한 모리에 패턴을 보였다.
• LEED 분석을 통해 높은 정밀도로 회전 각도가 확인되어 새로운 변형의 분류를 뒷받침하였다.
• LEEM를 통해 냉각 과정 중에 형성된 선형 결함이 존재하는 것으로 밝혀졌으며, 이후 STM로 산성 형태의 국소적 그래핀 떼어짐으로 확인되었다.
• 이 결함들은 Ir(111)과 그래핀 간의 열수축 차이로 인해 발생하며, 인터페이스에서 국소적 떼어짐과 산성 형성으로 이어진다.
• 주기적 및 준주기적 격자 일치 기반의 기하학적 규칙을 이용해 모리에 구조를 성공적으로 분류하였다.