Graphene en epitaxie sur film minces de FeRh
Le graphène est un matériau 2D qui présente d’excellentes propriétés de transport électronique avec des applications potentielles dans de nombreux domaines. L’induction et le contrôle du magnétisme dans la couche de graphène, par exemple par la proximité de matériaux magnétiques, peuvent permettre son utilisation dans des dispositifs spintroniques. Une collaboration entre le LPMC, CEITEC-BUT à Brno (République tchèque), CFEL à Hambourg (Allemagne) et la ligne TEMPO à Soleil, présente la fabrication et la caractérisation détaillée du graphène monocouche formé à la surface de couches minces épitaxiales de FeRh. L’état magnétique de la surface FeRh peut être contrôlé par la température, le champ magnétique ou la déformation en raison de paramètres d’ordre interconnectés. La caractérisation des couches de graphène par photoémission de rayons X et spectroscopie d’absorption de rayons X, diffusion d’ions à faible énergie, microscopie à effet tunnel et microscopie électronique à faible énergie montre que le graphène est monocouche, polycristallin et couvre plus de 97% du substrat. Le graphène affiche plusieurs orientations préférentielles sur la surface de FeRh (001) par rapport aux vecteurs unitaires de substrat FeRh. Finalement, la couche de graphène est capable de protéger les films de l’oxydation lorsqu’ils sont exposés à l’air pendant plusieurs mois. Par conséquent, il peut également être utilisé comme couche protectrice lors de la fabrication d’éléments magnétiques ou comme séparateur atomique, ce qui permet l’incorporation de couches magnétiques actives entre matériaux bidimensionnels pour les dispositifs du futur.
a) Image STM de la surface du graphene sur FeRh. Les arrangements d’atomes en domains est bien visible. (b)–(d) Elargissement des carrées jaunes de l’image a) ou le graphene n’est plus en contact avec le substrat et qui montent la caractéristique structure hexagonale. La périodicité est indiquée par les lignes. (e)-(g) Les transformées de Fourier mesurés sur les régions (b)-(d) montrent l’orientation relative des réseaux atomiques. Les échelles des images sont 10nm in (a) et 1 nm in (b)–(d). (h) Dichroïsme linéaire mesuré au seuil d’absorption C1s qui confirme l’hybridation sp2 des orbitaux du graphene. L’absorption de rayons X en polarisation p pour des transitions dans les états π* augmentent avec l’angle d’incidence dans le spectre mesuré à 70° (voir image). En utilisant les rayons x en polarisation s, la polarisation est orthogonale aux orbitaux π et les électrons sont excites dans les états ω*.
Ref: V.Uhlír et al. Applied Surface Science., 514: art.n° 145923. (2020).
DOI : https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.145938