Properties of hybrid structures grown on the basis of (Ni-C) nanocomposite onto (0001) gase van der waals surface
Abstract
Morphology and chemical composition of metal (Ni), carbon, nanocomposite (Ni-C) and oxide (Ga,03) nanostructures grown onto van der Waals surface of a layered semiconductor (0001) GaSe were stu- died by atomic force microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and Raman spectroscopy. The structures were grown by the technique of vacuum deposition of nanoscale droplets of the material evaporated by electron beam from a liquid ion source under an electric field. Dense (lateral density > 1010см-2) uniform arrays of carbon-encapsulated nickel nanoparticles (Ni@ C) with geometrical sizes of ~ 1 ...15 nm were grown onto atomically smooth substrate surface with molecular bonding type. We report on the processes of self-organization of Ni and Ni@ C nanoparticles arrays on van der Waals surface of the substrate during its oxidation under intensive optica! UV irradiation. In addition, we report on the processes of formation of carbon and nanocomposite (Ni-C) nanostructures on (0001) GaSe surfaces with a low concentration of dangling bonds (Se vacancies) and on oxidized Ga20/(0001) GaSe surfaces with a high concentration of oxygen vacancies.
Downloads
References
Bratkovsky А.M. Spintronic effects in metallic, semiconductor, metal-oxide and metal-semiconductor heterostructures//Rep. Prog. Phys. – 2008. – Vol. 71, №2. – P. 026502-1-026502-31.
Ферт А. Происхождение, развитие и перспективы спинтроники//Успехи физ. наук. – 2008. – Т. 178, № 12. – С. 1336-1348.
Tombros N., Jozsa C., Popinciuc M., Jonkman H.T., Van Wees B.J. Electronic spin transport and spin precession in single graphene layers at room temperature//Nature. – 2007. – Vol. 448. – P. 571-574.
Karpan V.M., Khomyakov P.A., Starikov A.A., Giovannetti G., Zwierzycki M., Talanana M., Brocks G., Van Den Brink J., Kelly P.J. Theoretical prediction of perfect spin filtering at interfaces between close-packed surfaces of Ni or Co and graphite or graphene//Phys. Rev. B.– 2007.– Vol. 78, № 19. – P. 195419-1-195419-11.
Dedkov Yu.S. Fonin M. Electronic and magnetic properties of the graphene-ferromagnet interface //New J. Phys. – 2010. – Vol. 12. – P. 125004-1125004-22.
Hwang K. C. Recent progress in the preparation and application of carbon nanocapsules//J. Phys. D: Appl. Phys. – 2010. – Vol. 43, № 37. – P. 374001-1-374001-13.
Maekawa S., Shinjo T. Spin dependent transport in magnetic nanostructures (Advances in condensed science series). – London and New York: Taylor and Francis, 2002. – 284 p.
Barnas J., Weymann I. Spin effects in singleelectron tunneling//J. Phys: Condens. Matter. – 2008.– Vol. 20, № 42. – P. 423202-1-423202-36.
Jaegermann W., Klein A., Pettenkofer C. Electronic properties of van der Waals-epitaxy films and interfaces//Electron Spectroscopies Applied to Low-Dimensional Materials: Physics and Chemistry of Materials with Low-Dimensional Structures/Ed. Hughes H.P., Starnberg H.I. – 2002. – P. 317-402.
Kovacs Gy.J., Bertoti I., Radnoczi G. X-ray photoelectron spectroscopic study of magnetron sputtered carbon-nickel composite films//Thin Sol. Films. – 2008. – Vol. 516, №21. – P. 7942-7946.
Ujvari T., Toth A., Kovacs Gy. J., S
Abrasonis G., Scheinost A.C., Zhou S., Torres R., Gago R., JimJnez I., Kuepper K., Potzger K., Krause M., Kolitsch A., M‘ller W., Bartkowski S., Neumann M., Gareev R.R. X-ray spectroscopic and magnetic investigation of C:Ni nanocomposite films grown by ion beam cosputtering//J. Phys. Chem. C. – 2008. – Vol. 112, № 33. – P. 12628-12637.
Anton R. In situ transmission electron microscopy study of the growth of Ni nanoparticles on amorphous carbon and of the graphitization of the support in the presence of hydrogen//J. Mater. Res. – 2005. – Vol. 20, № 7. – P. 1837-1843.
Abrasonis G., Oates T.W.H., Kovacs Gy.J., Grenzer J., Persson P.O.A., Heinig K.-H.H., Martinavicius A., Jeutteur N., Baehtz C., Tucker M., Bilek M.M.M., M‘ller W. Nanoscale precipitation patterns in carbon-nickel nanocomposite thin films: Period and tilt control via ion energy and deposition angle//J. Appl. Phys. – 2010. – Vol. 108, № 4. – P. 043503-1-043503-7.
Горохов М.В., Кожевин В.М., Явсин Д.А., Гуревич С.А. Электрогидродинамическое диспергирование металлов с использованием электронно-лучевого нагрева//ЖТФ. – 2008. – Т. 78, № 9. – С. 46-51.
Сихарулидзе Г.Г. Механизм ионизации в жидкометаллическом ионном источнике. Источник для тугоплавких металлов//ЖТФ. – 1997. – Т. 67, № 11. – С. 82-87.
Горохов М.В., Кожевин В.М., Явсин Д.А., Анкудинов А.В., Ситникова А.А., Гуревич С.А. Получение структур из аморфных металлических наночастиц диспергированием метал
лических капель, непрерывно заряжаемых в потоке электронов//ЖТФ.– 2012.– Т. 82, № 6. – С. 135-141.
Бахтинов А.П., Водопьянов В.Н., Нетяга В.В., Кудринский З.Р., Литвин О.С. Морфология поверхности и электрические свойства гибридных структур, сформированных на основе слоистого полупроводника с наноразмерными сегнетоэлектрическими включениями Au/Ni/
Бахтинов А., Водопьянов В., Ковалюк З., Нетяга В., Литвин О. Электрические свойства гибридных структур (ферромагнитный металл)-(слоистый полупроводник) Ni/p-GaSe// ФТП. – 2010. – Т. 44, № 2. – С. 180-193.
Дмитриев А.И., Вишняк В.В., Лашкарев Г.В., Карбовский В.Л., Ковалюк З.Д., Бахтинов А.П. Исследование морфологии ван-дерваальсовой поверхности монокристалла InSe //ФТТ. – 2011. – Т. 53, №3. – С. 579-589.
Amini S., Garay J., Liu G., Balandin A.A., Abbaschian R. Growth of large-area graphene films from metal-carbon melts//J. Appl. Phys. – 2010. – Vol. 108, № 9. – P. 094321-1-094321-7.
Bennemann K.H. Photoinduced phase transitions //J. Phys.: Condens. Matter. – 2011. – Vol. 23, № 7. – P. 073202-1-073202-16.
Макарова Т.Л. Магнитные свойства углеродных структур//ФТП. – 2004. – Т. 38, № 6. – С. 641-664.
McGovern I.T., McGifp J.F., Hughes G.L., McKinley A., Williams R.H., Norman D. Soft Xray photoemission spectroscopy of chemical reactivity at metal-GaSe interfaces//Vacuum. – 1983. – Vol. 33, № 10-12. – P. 607-612.
Eddrief M., Wang Y., Etgens V.H., Mosca D.H., Maurice J.-L., Jeorge J.M., Fert A., Bourgognou S. Epitaxial growth and magnetic properties of Fe(111) films on Si(111) substrate using a GaSe(001) template//Phys. Rev. B. – 2001. – Vol. 63, № 9. – P. 094428-1-094428-9.
Iwakuro H., Tatsuyama S., Ichimura S. XPS and AES Studies on the Oxidation of Layered Semiconductor GaSe//Jpn. J. Appl. Phys. – 1982. – Vol. 21, № 1. – P. 94-99.
Белов А.И., Михайлов А.Н., Николичев Д.Е., Боряков А.В., Сидорин А.П., Грачев А.П., Ершов А.В., Тетельбаум Д.И. Формирование и “белая” фотолюминесценция нанокластеров в пленках SiOx, имплантированных ионами углерода//ФТП. – 2010. – Т. 44, № 11. – С. 1498-1503.
Grosvenor A.P., Biesinger M.C., Smart R.St.C., McIntyre N.S. New interpretations of XPS spectra of nickel metal and oxides//Surf. Sci. – 2006. – Vol. 600, № 9. – P. 1771-1779.
Mamezaki O., Adachi H., Tomita S., Fujii M., Hayashi S. Thin films of carbon nanocapsules and onion-like graphitic particles prepared by the cosputtering method//Jpn. J. Appl. Phys. – 2000. – Vol. 39, № 12A. – P. 6680-6683.
Banhart F., Charlier J.-C., Ajayan P.M. Dynamic behavior of nickel atoms in graphitic networks// Phys. Rev. Lett. – 2000. – Vol. 84, № 4. – P. 686-689.
Yu Q., Lian J., Siriponglert S., Li H., Chen Y.P., Pei S.-S. Graphene segregated on Ni surfaces and transferred to insulators//Appl. Phys. Lett. – 2008. – Vol. 93, № 11.– P. 113103-1-113103-3.
Kinge S., Crego-Calama M., Reinhoudt D. Selfassembling nanoparticles at surfaces and interfaces//Chem. Phys. Chem. – 2008.– Vol. 9, № 1. – P. 20-42.
Koma A., Yoshimura К. Ultrasharp interfaces grown with Van der Waals epitaxy//Surf. Sci. – 1986. – Vol. 174, № 1-3. – P. 556-560.
Hibino H., Kageshima H., Nagase M. Epitaxial few-layer graphene: towards single crystal growth//J. Phys. D: Appl. Phys. – 2010. – Vol. 43, № 37. – P. 374005-1-374005-14.
Campos-Delgado J., Kim Y.A., Hayashi T., Morelos-Gуmez A., Gofmann M., Muramatsu H., Endo M., Terrones H., Shull R.D., Dresselhaus M.S., Terrones M. Thermal stability studies of CVD-grown graphene nanoribbons: Defect annealing and loop formation//Chem. Phys. Lett. – 2009. – Vol. 469, № 1-3. – P. 177-182.
Li J.-L., Kudin K.N., McAllister M.J., Prud’homme R.K., Aksay I.A., Car R. Oxygen-driven unzipping of graphitic materials//Phys. Rev. Lett. – 2006. – Vol. 96, № 17. – P. 176101-1176101-4.
Бахтинов А.П., Ковалюк З.Д., Сидор О.Н., Катеринчук В.Н., Литвин О.С. Формирование нанообразований на поверхности слоистого полупроводника InSe в процессе термического окисления// ФТТ. – 2007. – Vol. 49, № 8. – P. 1497-1503.
Бахтинов А.П., Водопьянов В.Н., Слынько Е.И., Ковалюк З.Д., Литвин О.С. Самоорганизация наноструктур теллуридов свинца и олова на Ван-дер-Ваальсовой поверхности селенида галлия (0001)//Письма в ЖТФ. – 2007. – Т. 33, № 2. – С. 80-88.
Chang C.L., Engelhard M.H., Ramanathan S. Superior nanoscale passive oxide layers synthesized under photon irradiation for environmental protection//Appl. Phys. Lett. – 2008. – Vol. 92, № 26. – P. 263103-1-263103-3.
Petersen J., Mayr S.G. Dewetting of Ni and NiAg solid thin films and formation of nanowires on ripple patterned substrates//J. Appl. Phys. – 2008. – Vol. 103, № 2. – P. 023520-1-023520-8.
Stannard A. Dewetting-mediated pattern formation in nanoparticle assemblies//J. Phys.: Condens. Matter. – 2011. – Vol. 23, № 8. – P. 083001-1-083001-19.
Бахтинов А.П., Боледзюк В.Б., Ковалюк З.Д., Кудринский З.Р., Литвин О.С., Шевченко А.Д. Магнитные свойства и морфология поверхности слоев кристаллов In2Se3, интеркалированных кобальтом//ФТТ. – 2013. – Т. 55, № 6. – С. 1063-1070.
Worren T., Hansa K.H., Lжgsgaard E., Besenbacher F., Stensgaard I. Copper clusters on Al2O3/NiAl(110) studied with STM//Surf. Sci. – 2001. – Vol. 477, № 1. – P. 8-16.
Lahiri J., Miller T.S., Ross A.J., Adamska L., Oleynik I.I., Batzill M. Graphene growth and stability at nickel surfaces//New J. Phys. – 2011. – Vol. 13, № 2. – P. 025001-1-025001-19.
Lahiri J., Batzill M. Graphene destruction by metal-carbide formation: An approach for patterning of metal-supported graphene//Appl. Phys. Lett. – 2010. – Vol. 97, № 2. – P. 023102-1023102-3.
Sicot M., Bouvron S., Zander O., Rudiger U., Dedkov Yu.S., Fonin M. Nucleation and growth of nickel nanoclusters on graphene MoirJ on Rh(111)//Appl. Phys. Lett. – 2010. – Vol. 96, № 9. – P. 093115-1-093115-3.
Фальковский Л.А. Исследования полупроводников с дефектами методом комбинационного (рамановского) рассеяния света//УФН. – 2004. – Т. 174, № 3. – С. 259-283.
Kuroda N., Ueno O., Nishino Y. Lattice-dynamical and photoelastic properties of GaSe under high pressures studied by Raman scattering and electronic susceptibility//Phys. Rev. B. – 1987. – Vol. 35, № 8. – P. 3860-3870.
Balitskii O.A., Savchyn V.P., Yukhymchuk V.O. Raman investigation of InSe and GaSe singlecrystals oxidation//Semicond. Sci. Technol. – 2002. – Vol. 17, № 2. – P. L1-L4.
Yakushiji K., Ernult F., Imamura H., Yamane K., Mitani S., Takanashi K., Takahashi S., Maekawa S., Fujimori H. Enhanced spin accumulation and novel magnetotransport in nanoparticles//Nat. Mater. – 2005. – Vol. 4. – P. 57-61.
Fujii M., Kita T., Hayashi S., Yamamoto K. Current-transport properties of Ag-SiO2 and Au-SiO2 composite films: observation of single-electrontunnelling and random telegraph signals//J. Phys.: Condens. Matter. – 1997. – Vol. 9, № 41. – P. 8669-8677.
Miao G.-X., Mьnzenberger M., Moodera J.S. Tunneling path toward spintronics//Rep. Prog. Phys. – 2011. – Vol. 74, № 3. – P. 036501-1036501-19.