Materiales bidimensionales: crecimiento epitaxial de antimonio sobre Ag(111)

A.R. ALLOUCHE; A.N. ZABLOTSKY; H. KHEMLICHE; O. GRIZZI; E.D. CANTERO; E.A. SANCHEZ

San Carlos de Bariloche

Encuentro; 107 Reunión de la Asociación Física Argentina; 2022

El desarrollo de materiales bidimensionales es un tema de altísimo interés actual debido no sólo a sus sorprendentes propiedades electrónicas sino también a sus potenciales aplicaciones en campos tan variados como optoelectrónica, almacenamiento de energía y medicina, entre otros [1]. Uno de estos materiales es el antimoneno, cuyas características estructurales resultan similares al grafeno, pero está formado con átomos de antimonio ordenados en distintas fases estructurales [2]. Dicha diferencia le proporciona cualidades únicas como alto band-gap, gran acoplamiento spin-órbita y propiedades topológicas, además de una alta estabilidad ante contaminaciones. La obtención de láminas de antimoneno, tanto de una sola capa como multicapas es un suceso experimental muy reciente [1-3], y desde entonces se han propuesto diferentes métodos de fabricación: exfoliación mecánica, exfoliación en fase líquida y crecimiento epitaxial [4].El interés en el sistema Sb-Ag(111) radica en la publicación de resultados de tres grupos de investigación [5-7] que reportan haber producido antimoneno por crecimiento epitaxial sobre Ag(111). Dichos estudios proponen estructuras diferentes para la interfase antimoneno-Ag(111), dejando abierto el interrogante sobre el rol de los átomos del sustrato en este sistema y lacaracterización experimental de la estructura electrónica de los materiales hallados.En este trabajo se crecieron y caracterizaron láminas ultradelgadas de antimonio sobre un sustrato de Ag(111) mantenido a diferentes temperaturas, en función de la exposición, desde fracciones de monocapas hasta varias monocapas de Sb. Se analizó tanto su ordenamiento structural/cristalográfico como también su estructura electrónica. Para ello se utilizaron diversas técnicas propias de la física de superficies tales como difracción de electrones lentos (LEED), espectroscopia Auger (AES), espectrometría de masa por tiempo de vuelo (TOF-DRS) y espectroscopía de fotoelectrones con luz ultravioleta (UPS). Se observaron dos fases con estructura cristalinas tipo (r3xr3)R30º y (2r3x2r3)R30º. La primer fase tiene características de una aleación sustitucional formada por 2 átomos de Sb y uno de Ag. La segunda se forma para una cobertura cercana a la monocapa de Sb. Ambas fases pueden ser crecidas para temperaturas inferiores a los 160 oC. Para temperaturas mayores se favorece la estructura (r3xr3)R30º; y para temperaturas mayores de 500 oC se produce la desorción completa del antimonio. Las estructuras de bandas medidas con UPS resuelto en ángulos resultaron diferentes para cada fase. [1] Review on 2D Arsene and Antimonene: Emerging Materials for Energy, Electronic and Biological Applications, S. Sumanth Dongre, et al. Adv. Mater Interfaces (2022) 2200442.[2] Arsene and Antimone, Chapter 7 in "Xenes: 2D synthetic materials beyond graphene" Edited by A. Molle and C. Grazianetti, Woodhead Publishing, USA.[3] Mechanical Isolation of Highly Stable Antimonene under Ambient Conditions, P. Ares, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 7 (2016) 11490-11496.[4] Recent Progress on Antimonene: A New Bidimensional Material, P. Ares et al. Advanced Materials 30 (2017) 1703771.[5] Epitaxial growth of flat antimonene monolayer: a new honeycomb analogue of graphene, Y. Shao et al., Nano Lett. 18 (2018) 2133-2139.[6] Epitaxial growth of highly strained antimonene on Ag(111), Y.H. Mao et al., Frontiers of Physics 13 (2018) 138106.[7] Realization of a Buckled Antimonene Monolayer on Ag(111) via Surface Engineering, S. Sun et al., J. Phys. Chem. Lett. 11 (2020) 8976.