[论文解读] Modification of the valence band electronic structure under Ag intercalation underneath graphite monolayer on Ni(111)

Yu. S. Dedkov, M. Poygin+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2003

Graphene research and applications被引用 3

一句话总结

本研究利用角分辨光电子能谱和俄歇电子能谱，研究了在 Ni(111) 表面的石墨单层下方的银插层行为。在 350–450 °C 下退火可诱导 1–2 个单层的 Ag 插层，削弱石墨与 Ni 之间的相互作用，并使石墨衍生的价带态向更低结合能移动 1.5–2 eV（π 态）和 0.5–1 eV（σ 态），表明由于 Ag 的屏蔽作用，杂化作用减弱。

ABSTRACT

Angle-resolved photoemission spectroscopy and Auger electron spectroscopy have been applied to study the intercalation process of silver underneath a monolayer of graphite (MG) on Ni(111). The room-temperature deposition of silver on top of MG/Ni(111) system leads to the islands-like growth of Ag on top of the MG. Annealing of the "as-deposited" system at temperature of 350-450 C results in the intercalation of about 1-2 ML of Ag underneath MG on Ni(111) independently of the thickness of pre-deposited Ag film (3-100 A). The intercalation of Ag is followed by a shift of the graphite-derived valence band states towards energies which are slightly larger than ones characteristic for pristine graphite. This observation is understood in terms of a weakening of chemical bonding between the MG and the substrate in the MG/Ag/Ni(111) system with a small MG/Ni(111) covalent contribution to this interaction.

研究动机与目标

• 确定在 Ni(111) 表面的石墨单层下方实现 Ag 插层的最佳温度。
• 利用俄歇电子能谱量化石墨单层下方插入的 Ag 量。
• 利用角分辨光电子能谱研究 Ag 插层后石墨的价带电子结构变化。
• 理解石墨单层与 Ni(111) 基底在 Ag 插层前后电子相互作用的性质。

提出的方法

• 采用角分辨光电子能谱（ARPES）探测 MG/Ag/Ni(111) 系统的价带电子结构，使用 50 eV 光子能量、100 meV 能量分辨率和 1° 角分辨率。
• 采用高动能电子（1000 eV）的俄歇电子能谱（AES），能量分辨率为 0.25%，并考虑电子非弹性平均自由程，估算插入的 Ag 量。
• 使用配备 LEED、离子枪和气体入口的超高真空腔室，实现原位样品制备与表征。
• 通过热裂解丙烯（C₃H₆）在 Ni(111) 上外延生长石墨单层。
• 对沉积 Ag 的 MG/Ni(111) 系统在 350–450 °C 下进行退火，诱导插层行为。
• 通过分析 C、Ag 和 Ni 的 AES 峰强度，估算插入的 Ag 厚度，且该估算与初始 Ag 沉积量无关。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不引起系统退化的前提下，Ag 插层于 Ni(111) 表面石墨单层下方的最佳退火温度范围是多少？
• RQ2 有多少 Ag（以单层计）插入石墨单层下方，且该量是否依赖于表面初始沉积的 Ag 厚度？
• RQ3 与原始的 MG/Ni(111) 系统相比，Ag 插层如何改变石墨单层的价带电子结构？
• RQ4 Ag 插层后，石墨与 Ni(111) 之间的相互作用性质如何？其对电子色散和杂化作用有何影响？

主要发现

• 在 Ni(111) 表面石墨单层下方实现 Ag 插层的最佳温度为 350–450 °C；当温度高于 500 °C 时，系统开始出现退化。
• 石墨衍生的 π 态结合能降低约 1.5–2 eV，σ 态降低 0.5–1 eV，表明石墨与 Ni(111) 基底之间的相互作用减弱。
• 无论初始 Ag 厚度（3–100 Å）如何，约有 1–2 个单层的 Ag 插层于石墨单层下方。
• 观察到的价带态位移归因于石墨与 Ni(111) 之间 π–d 杂化作用的减弱，且插层后仍保留部分轨道混合。
• 在 ARPES 谱中，当极角大于 25°（k|| > 1.4 Å⁻¹）时，π 态出现分裂，表明插层后石墨单层可能存在结构域取向错配或各向异性电子响应。
• LEED 图样显示为 (1×1) 六边形结构，伴有弱的 15° 旋转条纹，表明存在有序的石墨状结构域，其取向相对于 Ni(111) 基底存在轻微错配。