Buckyballs em ouro são menos exóticos que grafeno

Usando teoria funcional de densidade e dados de medição de fotoemissão resolvida por spin, a equipe investigou a origem das bandas repetidas de Au(111) e as resolveu como ressonâncias de superfície profunda. Essas ressonâncias levam a uma superfície de Fermi semelhante a uma cebola de Au(111). Crédito:HZB

O grafeno consiste em átomos de carbono que se reticulam em um plano para formar uma estrutura plana em favo de mel. Além da estabilidade mecânica surpreendentemente alta, o material possui propriedades eletrônicas excitantes. Os elétrons se comportam como partículas sem massa, o que pode ser claramente demonstrado em experimentos espectrométricos. As medições revelam uma dependência linear da energia no momento, ou seja, os chamados cones de Dirac - duas linhas que se cruzam sem um band gap - uma diferença de energia entre os elétrons na banda de condução e aqueles nas bandas de valência.
Variantes na arquitetura do grafeno

Variantes artificiais da arquitetura de grafeno são um tema quente na pesquisa de materiais no momento. Em vez de átomos de carbono, pontos quânticos de silício foram colocados, átomos ultrafrios foram presos na treliça de favo de mel com fortes campos de laser, ou moléculas de monóxido de carbono foram empurradas para o lugar em uma superfície de cobre peça por peça com um microscópio de tunelamento de varredura, onde eles poderiam conferir as propriedades características do grafeno aos elétrons do cobre.

Grafeno artificial com buckyballs?

Um estudo recente sugeriu que é infinitamente mais fácil fazer grafeno artificial usando C₆₀ moléculas chamadas buckyballs. Apenas uma camada uniforme destes precisa ser depositada em vapor no ouro para que os elétrons de ouro assumam as propriedades especiais do grafeno. As medições dos espectros de fotoemissão pareciam mostrar uma espécie de cone de Dirac.

Análise de estruturas de bandas no BESSY II

"Isso seria realmente incrível", diz o Dr. Andrei Varykhalov, do HZB, que lidera um grupo de microscopia de fotoemissão e tunelamento. "Porque o C₆₀ molécula é absolutamente apolar, era difícil para nós imaginar como tais moléculas exerceriam uma forte influência sobre os elétrons no ouro." Então Varykhalov e sua equipe lançaram uma série de medições para testar essa hipótese.

Em análises complicadas e detalhadas, a equipe de Berlim conseguiu estudar C₆₀ camadas de ouro em uma faixa de energia muito maior e para diferentes parâmetros de medição. Eles usaram a espectroscopia ARPES de resolução angular no BESSY II, que permite medições particularmente precisas, e também analisaram o spin do elétron para algumas medições.

Dados de medição do BESSY II antes e depois da deposição de C₆₀ moléculas demonstram a replicação da estrutura de bandas e o surgimento de cruzamentos de bandas em forma de cone. Uma microscopia eletrônica de varredura das buckyballs em ouro é sobreposta no centro. Crédito:HZB

Comportamento normal

"Nós vemos uma relação parabólica entre momento e energia em nossos dados medidos, então é um comportamento muito normal. Esses sinais vêm dos elétrons nas profundezas do substrato (ouro ou cobre) e não da camada, que pode ser afetada pelos buckyballs, " explica o Dr. Maxim Krivenkov, principal autor do estudo. A equipe também foi capaz de explicar as curvas de medição linear do estudo anterior. "Essas curvas de medição apenas imitam os cones de Dirac; elas são um artefato, por assim dizer, de uma deflexão dos fotoelétrons quando eles deixam o ouro e passam pelo C₆₀ camada", explica Varykhalov. Portanto, a camada de buckyball no ouro não pode ser considerada um grafeno artificial.

A pesquisa foi publicada em Nanoscale . + Explorar mais