[论文解读] Assembling Di- and Multiatomic Si Clusters in Graphene via Electron Beam Manipulation

Ondrej Dyck, Songkil Kim+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 25, 2017

Graphene research and applications参考文献 62被引用 50

一句话总结

该论文通过在扫描透射电子显微镜中使用聚焦到亚原子的电子束来诱导和控制硅的替位和簇形成，从而在石墨烯上组装 di-, tri-, and tetrameric silicon clusters，并进行时间分辨原子尺度成像。

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.

研究动机与目标

• 推动在石墨烯上对硅缺陷和簇进行原子级控制，作为实现二维材料纳米尺度工程的一种途径。
• 证明亚原子聚焦的电子束可以在纳米级精度下在石墨烯中创建 Si 替位缺陷和缺陷簇。
• 演示对 Si 原子可控运动以及二聚体、三聚体及更大 Si 结构的形成。
• 提供时间序列的、原子分辨率的成像来验证束诱导过程的操控方案。

提出的方法

• 在扫描透射电子显微镜中使用亚原子聚焦的电子束，以在石墨烯中引入 Si 替位缺陷和缺陷簇，具有纳米尺度的空间控制。
• 操作 Si 替位缺陷以在石墨烯表面组装 di-, tri-, and tetrameric Si clusters。
• 将由电子束引发的原子尺度化学过程的动力学以时间序列图像的形式在原子分辨率下捕捉。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过亚原子聚焦的电子束在石墨烯中诱导并控制 Si 替位缺陷的形成？
• RQ2 是否可以利用电子束操控在石墨烯上组装更大尺寸的 Si 簇（二聚体、三聚体、四聚体），达到纳米级精度？
• RQ3 促成对 Si 原子在石墨烯上可控运动与组装的束诱导动力学的本质是什么？

主要发现

• 在纳米尺度的空间控制下，石墨烯中可以引入 Si 替位缺陷和缺陷簇。
• 可以操纵 Si 原子在石墨烯表面形成二聚体、三聚体及更复杂的 Si 簇结构。
• 时间序列的、原子分辨率成像捕捉到束诱导的化学过程在引导簇组装中的动力学。
• 结果表明，电子束诱导的局部过程可以在二维材料中实现原子级纳米制造。