Förberedelse och karakterisering av C60/Graphene Hybrid nanostrukturer
Summary
Här presenterar vi ett protokoll för tillverkning av C60/graphene hybrid nanostrukturer genom fysiska termisk avdunstning. Särskilt, tillåta korrekt manipulation av nedfall och glödgning villkor kontrollen över skapandet av 1D och quasi 1 d C60 strukturer på krusade grafen.
Abstract
Fysiska termisk nedfall i vakuum miljö är en ren och kontrollerbar metod för att tillverka nya molekylära nanostrukturer på grafen. Vi presenterar metoder för insättning och passivt manipulera C60 molekyler på krusade grafen som förväg strävan efter inse tillämpningar där 1 D C60/graphene hybridstrukturer. De tekniker som används i denna exposition är inriktade högvakuumsystem med förberedelse områden kan stödja molekylär nedfall samt termisk glödgning av proverna. Vi fokuserar på C60 nedfall vid lågt tryck med hjälp av en hemmagjord Knudsen cell anslutet till scanning tunneling microscopy (STM) system. Antalet molekyler som deponeras är reglerad genom att styra temperaturen i cellen Knudsen och nedfall tid. Endimensionell (1D) C60 kedja strukturer med bredder av två till tre molekyler kan förberedas via tuning av experimentella villkor. C60 molekylerna ytan rörlighet ökar med glödgning temperatur gör det möjligt för dem att flytta inom regelbundna potentialen i veckade grafen. Med denna mekanism, är det möjligt att styra övergången av 1 D C60 kedja strukturer till en sexkantig nära packade quasi – 1 D stripe struktur.
Introduction
Detta protokoll förklarar hur du gör en insättning och manipulera C60 molekyler på grafen så att 1 D och quasi – 1 D C60 kedja strukturer kan realiseras. Tekniker i detta experiment utvecklades för att tillgodose behovet av att styra adsorbates i önskvärt konfigurationer utan att behöva förlita sig på manuell manipulation, som är långsam och kan kräva stora ansträngningar. De förfaranden som beskrivs här är beroende av att en hög vakuum systemet med ett prov förberedelse område kan stödja molekylär nedfall och termisk glödgning av proverna. STM används för att karakterisera proverna, men andra molekylär resolution tekniker kan tillämpas.
Termiska avdunstning av molekyler i en Knudsen cell är ett effektivt och rent sätt att förbereda tunna filmer. I detta protokoll används en Knudsen cell avdunsta C60 molekyler på ett grafen substrat. Detta Knudsen cell förångaren består huvudsakligen av en kvarts röret, en värme glödtråd, termoelement ledningar och feedthroughs1,2,3. Kvarts röret används för att rymma molekylerna de volfram glödlampor värmer molekylerna i kvartarna tube genom tillämpas nuvarande och termoelement ledningar används för att mäta temperatur. I experiment styrs insvetstal tuning temperatur källan i cellen Knudsen. Termoelement ledningarna är kopplade till ytterväggen av kvarts röret och därför vanligtvis mäta temperaturen utanför väggen som skiljer sig något från temperaturen inuti cellen där molekylär källan är belägen. För att erhålla exakta temperaturen i kvarts röret, vi utförs kalibrering med hjälp av två termoelement uppställningar för att mäta temperaturer i och utanför röret och inspelade temperaturskillnaden. På detta sätt kan vi mer exakt styra temperaturen i källan under de molekylära avdunstning experiment använder termoelement ledningar fäst på utsidan av kvarts röret. Eftersom en liten mängd sublimerad molekylerna kommer att vara i en gasfas vid ett lägre tryck, när molekylerna har avdunstat, finns det vanligtvis en associerad tryckförändring. Därför övervakar vi förändringen av trycket i låset belastning noggrant.
Detta förångare kan användas för att sätta in olika molekyl källor såsom C60, C70, boron subphthalocyanine klorid, Ga, Al och Hg4,5,6,7,8. Jämfört med andra tekniker för beredning av tunn film, till exempel är snurra gjutning9,10,11, termisk avdunstning i högvakuum mycket renare och mångsidig eftersom det finns ingen spädningsvätska som krävs för nedfall. Avgasning processen innan nedfall förbättrar dessutom renheten av källan, eliminera eventuella orenheter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Metoder som beskrivs i detta protokoll är utformade för termisk deponering av organiskt material och andra höga ångtryck material. Dessa tekniker kan integreras med ultrahöga vakuum system som har prov förberedelse områden kan stödja molekylär avdunstning samt termisk glödgning. Syftet för detta specifika experiment är att deponera C60 molekyler på grafen substrat och studie den självmontering av C60 och den termiska effekten.
Fördelen med metoden är att d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av US Army Research Office under anslaget 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).
