Bereiding en karakterisatie van C60/Graphene hybride nanostructuren
Summary
Hier presenteren we een protocol voor de fabrikatie van C60/graphene hybride nanostructuren door fysieke thermische verdamping. In het bijzonder de juiste manipulatie van afzetting en onthardende voorwaarden toestaan dat de controle over de oprichting van 1D en quasi 1 d C60 structuren op golfde grafeen.
Abstract
Fysieke thermische afzetting in een hoog vacuüm omgeving is een schoon en controleerbare methode voor het fabriceren van nieuwe moleculaire nanostructuren op grafeen. We presenteren de methoden voor het storten en passief manipuleren C60 moleculen op golfde grafeen, dat vooraf van de uitoefening van beseffen toepassingen waarbij 1 D C60/graphene hybride structuren. De technieken toegepast in deze expositie zijn gericht op hoog vacuüm-systemen met voorbereiding gebieden kan ondersteunen moleculaire afzetting evenals thermische gloeien van de monsters. Wij focussen op C60 afzetting bij lage druk met behulp van een zelfgemaakte Knudsen cel aangesloten op een scanning tunneling microscopie (STM) systeem. Het aantal moleculen gestort wordt geregeld door het beheersen van de temperatuur van de cel Knudsen en de tijd van de depositie. Eendimensionale (1D) C60 keten structuren met breedtes van twee tot drie moleculen kunnen bereid worden via de afstemming van de experimentele omstandigheden. De oppervlakte mobiliteit van de moleculen van de60 C verhoogt met onthardende temperatuur waardoor ze te verplaatsen binnen het periodieke potentieel van de golfde grafeen. Met behulp van dit mechanisme, is het mogelijk om de overgang van de 1 D C60 keten structuren naar een zeshoekig nauw verpakte quasi – 1 D stripe structuur.
Introduction
Dit protocol wordt uitgelegd hoe te deponeren en manipuleren van C60 moleculen op grafeen zodanig dat 1 D en quasi – 1 D C60 keten structuren kunnen worden gerealiseerd. De technieken in dit experiment werden ontwikkeld om pakt u de noodzaak tot het begeleiden van adsorbates in wenselijk configuraties zonder te hoeven vertrouwen op handmatige manipulatie, die is traag en kan grote inspanningen vergen. De hier beschreven procedures, is afhankelijk van het gebruik van een hoge vacuümsysteem met een samplegebied voorbereiding beeldschermresolutie ondersteunen moleculaire afzetting en thermische gloeien van de monsters. STM wordt gebruikt voor het karakteriseren van de monsters, maar andere moleculaire resolutie technieken kunnen worden toegepast.
De thermische verdamping van moleculen binnen een cel Knudsen is een efficiënte en schone manier voor te bereiden van dunne lagen. In dit protocol, wordt een Knudsen cel gebruikt om te verdampen C60 moleculen op een substraat van grafeen. Deze Knudsen cel verdamper bestaat voornamelijk uit een kwarts-buis, de gloeidraad van een Verwarming, thermokoppel kabels en feedthroughs1,2,3. De quartz-buis wordt gebruikt om aan te passen van de moleculen, de wolfraam gloeidraad voorrondes de moleculen in de quartz buis door huidige toegepast en de thermokoppel draden worden gebruikt om de temperatuur te meten. In de experimenten, wordt het tarief van de depositie gecontroleerd door de bron van de temperatuur in de cel Knudsen tuning. De thermokoppel draden worden gekoppeld aan de buitenmuur van de quartz-buis en daarom meten meestal een temperatuur van de buiten muur die is iets anders dan de temperatuur binnenin de cel waar de moleculaire bron zich bevindt. Voor het verkrijgen van de exacte temperatuur in de buis kwarts, wij kalibratie met behulp van twee thermokoppel opstellingen voor het meten van temperaturen binnen en buiten de buis uitgevoerd en opgenomen van het temperatuurverschil. Op deze manier kunt we nauwkeuriger de temperatuur van de bron tijdens de moleculaire verdamping-experimenten met behulp van thermokoppel kabels aangesloten op de buitenkant van de quartz-buis. Omdat een kleine hoeveelheid van de gesublimeerde moleculen in een gasvormige fase bij een lagere druk, zullen wanneer de moleculen zijn verdampt, is er meestal een verandering van de bijbehorende druk. Daarom volgen nauwgezet we de verandering van de druk in het slot van de belasting.
Deze verdamper kan worden gebruikt om te storten van diverse molecuul bronnen zoals C60C70, boor subphthalocyanine chloride, Ga, Hg en Al4,5,6,7,8. Vergeleken met andere dunne film voorbereiding technieken, bijvoorbeeld, is spin casting9,10,11, de thermische verdamping in hoog vacuüm veel schoner en veelzijdige want er geen oplosmiddel die nodig zijn is voor de afzetting. Bovendien, het ontgassen proces vóór afzetting verbetert de zuiverheid van de bron, het elimineren van mogelijke onzuiverheden.
Protocol
Representative Results
Discussion
De technieken beschreven in dit protocol zijn ontworpen voor thermische afzetting van organische materialen en andere hoge dampdruk materialen. Deze technieken kunnen worden geïntegreerd met ultrahoge vacuüm-systemen die zijn monster voorbereiding gebieden kan ondersteunen moleculaire verdamping evenals thermische gloeien. Het doel voor dit specifieke experiment is om te storten C60 moleculen op grafeen substraat en studie de zelf-assemblage van C60 en het thermische effect.
<p class="jove_con…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk wordt ondersteund door het Amerikaanse leger onderzoek Bureau onder de subsidie W911NF-15-1-0414.
Materials
| CF Flanged power feedthrough | Kurt J. Lesker | EFT0042033 | |
| Copper sheets | Alfa Aesar | 7440-50-8 | |
| Thermocouple chromel/alumel wires | Omega Engineering | ST032034/ST080042 | |
| Tungsten wires | Alfa Aesar | 7440-33-7 | |
| Stainless steel rods | McMaster-Carr | 95412A868 | |
| Copper wires | McMaster-Carr | 8873K28 | |
| Hollow copper rods | McMaster-Carr | 7190K52 | |
| C60 | MER Corporation | MR6LP |
References
- Gutzler, R., Heckl, W. M., Lackinger, M. Combination of a Knudsen effusion cell with a quartz crystal microbalance: In situ measurement of molecular evaporation rates with a fully functional deposition source. Review of Scientific Instruments. 81, 015108 (2010).
- de Barros, A. L. F., et al. A simple experimental arrangement for measuring the vapour pressures and sublimation enthalpies by the Knudsen effusion method: Application to DNA and RNA bases. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section a-Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment. 560, (2006).
- Shukla, A. K., et al. Versatile UHV compatible Knudsen type effusion cell. Review of Scientific Instruments. 75, 4467 (2004).
- Cho, J., et al. Structural and Electronic Decoupling of C60 from Epitaxial Graphene on SiC. Nano Letters. 12, 3018 (2012).
- Jung, M., et al. Atomically resolved orientational ordering of C60 molecules on epitaxial graphene on Cu(111). Nanoscale. 6 (111), 11835 (2014).
- Li, G., et al. Self-assembly of C60 monolayer on epitaxially grown, nanostructured graphene on Ru(0001) surface. Applied Physics Letters. 100 (0001), 013304 (2012).
- Lu, J., et al. Using the Graphene Moire Pattern for the Trapping of C60 and Homoepitaxy of Graphene. Acs Nano. 6, 944 (2012).
- Zhou, H. T., et al. Direct imaging of intrinsic molecular orbitals using two-dimensional, epitaxially-grown, nanostructured graphene for study of single molecule and interactions. Applied Physics Letters. 99, 153101 (2011).
- Belaish, I., et al. Spin Cast Thin-Films of Fullerenes and Fluorinated Fullerenes – Preparation and Characterization by X-Ray Reflectivity and Surface Diffuse-X-Ray Scattering. Journal of Applied Physics. 71, 5248 (1992).
- Bezmel’nitsyn, V. N., Eletskii, A. V., Okun’, M. V. Fullerenes in solutions. Uspekhi Fizicheskikh Nauk. 168, 1195 (1998).
- Ma, D. N., Sandoval, S., Muralidharan, K., Raghavan, S. Effect of surface preparation of copper on spin-coating driven self-assembly of fullerene molecules. Microelectronic Engineering. 170, 8 (2017).
- Chen, C. H., Zheng, H. S., Mills, A., Heflin, J. R., Tao, C. G. Temperature Evolution of Quasi-one-dimensional C60 Nanostructures on Rippled Graphene. Scientific Reports. 5, 14336 (2015).
