遠程外延有望用于晶格失配材料的合成、膜的剝離和昂貴襯底的再利用。然而，遠程機制的明確實驗證據(jù)仍然難以捉摸。替代機制如針孔籽晶外延或范德華外延通常可以解釋所得薄膜。在這里，我們表明Heusler化合物GdPtSb在干凈的石墨烯/藍寶石上的生長產生了30°旋轉的(R30)超結構，這不能用針孔外延來解釋。隨著溫度降低，與直接外延R0疇相比，該R30疇的比例增加，這可以通過遠程外延與針孔外延之間的競爭來解釋。需要仔細的石墨烯/襯底退火并考慮相對晶格失配，以獲得穿過一系列其他赫斯勒膜(包括LaPtSb和GdAuGe)到下層襯底的外延。R30超結構提供了遠程外延的可能實驗指紋，因為它與領先的替代機制不一致。
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圖1.退火清潔了石墨烯/藍寶石界面。(a，b)400℃和700℃退火后的原子力顯微鏡(AFM)形貌圖像。(c，d) AFM線輪廓。在700℃退火之后，觀察到來自下面的藍寶石襯底的臺階輪廓。(e，f)在400和700℃退火后的石墨烯/藍寶石界面示意圖。L是針孔之間的距離。
圖2. GdPtSb、LaPtSb和GdAuGe在石墨烯/Al2O3(0001)上的外延和剝離。(a)沿藍寶石帶軸觀察的異質結構的示意橫截面。顏色圖例:紅色= (Gd，La)，黃色= (Au，Pt)，藍色= (Ge，Sb)，黑色= Al，白色= O. (b)生長在石墨烯/藍寶石上的薄膜的X射線衍射(XRD) (Cu Kα) 2θ掃描。薄膜在平面外取向為[001]立方或[0001]六方。藍寶石襯底反射標有星號(*)。(c)剝離后膜的2θ掃描。(d)剝離后剝離膜和基底的照片。襯底尺寸為10 mm × 10 mm。在石墨烯覆蓋的區(qū)域(中心)上生長的膜的區(qū)域被剝離。
圖3. 面內取向。(a)Gdptsb(220)、LaPtSb10 1 2和GdAuGe10 1 2薄膜反射的?掃描，參考藍寶石10 1 4。(b)面內取向的分布。每個分布代表至少XX個樣本的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。(c)平面內六方晶格參數(shù)和晶體結構。對于立方GdPtSb，六方晶格參數(shù)AHI定義為ah= d 1 2110。對于石墨烯，晶格參數(shù)4.26Å對應于一個R30°超晶胞(黑色實線)，相對于傳統(tǒng)的晶胞(黑色虛線)。注意，石墨烯是多晶的，因此石墨烯的外延導致多晶赫斯勒膜。
圖4。石墨烯/Al
2O
3(0001)上GdPtSb的R30取向。(a)直接生長在藍寶石上的GdPtSb的方位角?掃描，對應于標準的六邊形對六邊形外延關系。(b)石墨烯/Al2O3(0001)上GdPtSb的?掃描。GdPtSb 220反射相對于藍寶石10 1 4偏移了δ?= 30°。(c) R0六邊形對六邊形方向。GdPtSb晶格顯示為藍色，藍寶石晶格顯示為黑色。錯配為2.7%拉伸。(d) R30取向。，GdPtSb具有更小的晶格失配1.5%壓縮性。
圖5. 控制面內旋轉(a)在已經退火到700℃的石墨烯/藍寶石上，在600、650和700℃生長的三個膜(藍色)的GdPtSb 220反射的方位角?掃描。所有曲線都參考藍寶石襯底(黑色)的反射。(b)面外444反射跟蹤晶格參數(shù)的變化。(c，d)解釋溫度依賴性的可能機制。(c)石墨烯上30°疇的亞穩(wěn)定性。在該圖中，R0和R30疇都出現(xiàn)在石墨烯上生長。提高生長溫度能使系統(tǒng)克服兩個疇之間的動力學障礙。(d)針孔與遠程機制。較高的生長溫度有利于針孔處的生長，因為增加了表面擴散長度λ。來自針孔的生長導致R0疇。
相關科研成果由威斯康星大學Jason Ken Kawasaki等人于2022年發(fā)表在Nano Letters（https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03187）上。原文：Controlling the Balance between Remote, Pinhole, and van der Waals Epitaxy of Heusler Films on Graphene/Sapphire。
轉自《石墨烯研究》公眾號
