Научная проблема, на решение которой направлен проект.
Основная научная проблема, на решение которой направлен проект, заключается в поиске новых перспективных слоистых структур на основе графена и магнитных, тяжелых металлов, а также сверхпроводников для реализации аномального и спинового эффектов Холла и сверхпроводящих переходов Джозефсона. Как правило, измерение транспортных свойств графена [1-4] проводится без контроля его электронной энергетической структуры методом ARPES, графен переносится на диэлектрическую подложку, проводятся напыления (и интеркаляция) металлов магнитных и тяжелых элементов и литография. В этом случае довольно трудно получить эпитаксиальную слоистую систему с заданными топологическими свойствами. С другой стороны, синтез интересных
для спинтроники эпитаксиальных систем на основе графена проводится на монокристаллах металлов [5-7], что делает невозможным измерения транспортных характеристик самого графена и изготовления устройств на его основе.
Данный проект направлен на синтез и исследования эпитаксиальных систем на основе графена на подложке SiC методами ARPES, XPS и DFT с целью поиска новых систем с перспективными транспортными характеристиками. Использование подложки SiC позволит в дальнейшем реализовать массовое изготовление устройств на основе синтезированных систем в связи с доступностью общеизвестных литографических процедур [8,9]. Целью проекта является синтез слоистых структур на основе графена и магнитных, тяжелых металлов, а также cверхпроводников, исследование особенностей их электронной структуры, изучение кристаллической структуры и транспортных свойств, включая анализ возможности применения синтезированных систем для наблюдения квантовых
эффектов.
[1] A. M. Afzal, et al., RSC Adv., 9, 31797-31805 (2019) https://doi.org/10.1039/C9RA06961E
[2] T. Li, et al., Supercond. Sci. Technol. 31, 045004 (2018) https://doi.org/10.1088/1361-6668/aaab81
[3] T. S. Ghiasi, et al., Nano Lett. 19, 9, 5959–5966 (2019) https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b01611
[4] L. Li et al., ACS Nano 14, 5, 5251–5259 (2020) https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01037
[5] I. I. Klimovskikh et al., ACS Nano 11, 1, 368–374 (2017) https://doi.org/10.1021/acsnano.6b05982
[6] M. M. Otrokov et al., 2D Mater. 5 035029 (2018) https://doi.org/10.1088/2053-1583/aac596
[7] A.G. Rybkin et al., Nano Lett. 18, 3, 1564–1574 (2018) https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.7b01548
[8] J. A. Robinson et al., Appl. Phys. Lett. 98, 053103 (2011) https://doi.org/10.1063/1.3549183
[9] P. Bøggild et al., 2D Mater. 4, 042003 (2017) https://doi.org/10.1088/2053-1583/aa8683
Актуальность проблемы, научная значимость решения проблемы.
Контакты графена с магнитными и тяжелыми атомами и контакты Джозефсона с графеном между сверхпроводниками в последние годы интенсивно изучаются как с точки зрения фундаментальной физики, так и с точки зрения потенциальных приложений [1-11]. Однако, значительная часть опубликованных работ была выполнена на механически отщепленном графене, который несовместим с производством в масштабе целой пластины - подложки. Чтобы преодолеть эти ограничения, можно было бы использовать графен, выращенный методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) [8]. Но так как CVD синтез проводится на металле – катализаторе, то и в этом случае потребуется перенос графена на диэлектрическую подложку. Для наблюдения квантовых эффектов требуется эпитаксиальная хорошо упорядоченная слоистая структура со строго определёнными свойствами [1-5]. Более того, требуется минимизации паразитных токов через подложку. Одним из кандидатов для конструирования устройств является подложка SiC [12,13]. Однако есть ряд проблем, только после решения которых можно говорить о промышленном изготовлении массива устройств на одной монокристаллической подложке с использованием литографических подходов:
- однородность слоев по поверхности, синтезированная система должна покрывать всю поверхность пластины-подложки,
- однородность по глубине и эпитаксиальность слоев, возможно использование упорядоченных кластеров для достижения требуемых электронных характеристик наносистемы.
В настоящее время опубликовано множество статей по интеркалированию графена на SiC [13]. Основным недостатком при синтезе графена на SiC является присутствие небольшого количества двухслойного графена на поверхности (бислоя), связанное со сложностью точного контроля температуры по всей поверхности при термическом синтезе графена. Интеркалирование графена на SiC также приводит к формированию нескольких фаз на поверхности, в том числе из-за интеркалирования атомов металла непосредственно под графен, в межслоевое пространство между графеном и нулевым слоем, и под нулевой слой графена с образованием бислоя.
С другой стороны, интеркалирование нулевого слоя графена позволяет получить графеновое покрытие по всей поверхности без образования бислоя графена [14-17]. Основной проблемой данного метода является силицидобразование, так как оно препятствует образованию тонких эпитаксиальных металлических слоев под графеном. В работе [7] была продемонстрирована возможность формирования тонких слоев свинца под графеном и измерены транспортные свойства системы, указывающие на спиновый эффект Холла. Однако, электронная структура графена не была охарактеризована, а были измерены только транспортные характеристики.
Одной и задач проекта является изучение проблемы силицидобразования для успешного применения наноструктур на основе графена и тонких слоев металлов в электронных устройствах. При этом возможно как уменьшение толщины силицидного слоя в зависимости от параметров синтеза, так и формирование пассивирующего силицидного слоя. Ожидается, что интеркаляция золота будет приводить к формированию силицида золота. Однако, при определенном количестве золота, произойдет насыщение и следующий металл (Co, Pb) будут интеркалироваться уже без силицидобразования. Таким образом, предполагается, что первичная интеркаляция золота будет приводить к формированию пассивирующего силицидного слоя.
[1] C. L. Kane and E. J. Mele, Phys. Rev. Lett. 95, 146802 (2005)
[2] V. T. Phong, N. R. Walet, and F. Guinea, 2D Materials 5, 014004 (2017)
[3] Z. Qiao, et al., Phys. Rev. B 82, 161414 (2010)
[4] M. Offidani and A. Ferreira, Phys. Rev. Lett. 121, 126802 (2018)
[5] H. Takenaka, et al., Phys. Rev. B 100, 125156 (2019)
[6] T. S. Ghiasi et al., Nature Nanotechnology 16, p. 788–794 (2021)
[7] A. M. Afzal, et al., RSC Adv., 9, 31797-31805 (2019)
[8] T. Li, et al., Supercond. Sci. Technol. 31, 045004 (2018)
[9] T. S. Ghiasi, et al., Nano Lett. 19, 9, 5959–5966 (2019)
[10] L. Li et al., ACS Nano 14, 5, 5251–5259 (2020)
[11] K. H. Kim et al., Phys. Rev. B 102, 165403 (2020)
[12] C. Backes et al., 2D Mater. Vol. 7, N 2, 022001 (2020)
[13] S. Wu et al., Progress in Surface Science, Vol. 96, Issue 3, 100637 (2021)
[14] I. Gierz et al., Phys. Rev. B 81, 235408 (2010)
[15] A. A. Rybkina, et al., Phys. Rev. B 104, 155423 (2021)
[16] B. Matta et al., Phys. Rev. Research, accepted (2022) https://journals.aps.org/prresearch/accepted/af07aJ59E7b1910821f429c9e7ccb33a243c5981e
[17] B. Matta et al., arXiv:2204.07650 (2022)
Конкретная задача в рамках проблемы, на решение которой направлен проект, ее масштаб.
Целью проекта является синтез и исследование эпитаксиальных наносистем на основе графена и подложки SiC для реализации квантовых эффектов, таких как аномальный и спиновый эффекты Холла и эффект Джозефсона.
Направления исследований:
Синтез и изучение новых материалов на основе графена и его контакта с магнитным и тяжелым металлом или сверхпроводником для реализации устройств спинтроники и наноэлектроники. В рамках проекта будут синтезированы и изучены принципиально новые эпитаксиальные наноструктуры на основе графена:
1. Нулевой слой графена на SiC(0001). Интеркаляция Au, затем Co и дополнительно Au для реализации out-of-plane намагниченности и квантового аномального эффекта Холла (QAHE).
2. Нулевой слой графена на SiC(0001). Интеркаляция Au, затем Pb для наблюдения спинового эффекта Холла (SHE) и изучения контакта графен-сверхпроводник.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие ключевые задачи:
1. Синтезировать однослойный графен на подложке SiC путем интеркаляции атомов золота под нулевой слой графена.
Поиск оптимального количества интеркалированного золота для получения однородного по поверхности графенового покрытия. Исследование кристаллической и электронной структуры интеркалированной системы.
2. Интеркаляция графена атомами кобальта и золота. Экспериментальное и теоретическое исследование системы Gr/Au/Co/Au.
3. Интеркаляция графена атомами свинца. Экспериментальное и теоретическое исследование системы Gr/Pb/Au.
4. Исследование электронных характеристик полученных систем и анализ их возможного применения в квантовых устройствах.
Научная новизна поставленной задачи, обоснование достижимости решения поставленной задачи и возможности получения запланированных результатов.
Эпитаксиальный синтез слоистых наносистем на основе графена и подложки SiC является новой тематикой как для коллектива, так и для научного сообщества. Подавляющее большинство работ членов коллектива посвящено фундаментальным исследованиям графена на металлических подложках, на которых затруднительна реализация квантовых эффектов в устройствах спинтроники и квантовых компьютерах вследствие электрического шунтирования устройства металлической подложкой. Однако, авторами проекта уже успешно реализованы первые шаги по синтезу и исследованию электронных характеристик графена на SiC путем интеркаляции атомов кобальта. Продемонстрирована возможность получения однородного однослойного графена путем интеркаляции атомов кобальта под нулевой слой графена. Авторами других научных групп показана возможность интеркалирования золота под нулевой слой графена, а также проведены измерения спинового эффект Холла в системе Gr/Pb/Au, полученной путем переноса графена на SiO2 и физического парафазного осаждения. В недавней работе исследован переход Джозефсона на основе графена, полученного путем переноса. Таким образом, возможность интеркаляции нулевого слоя графена на SiC, с одной стороны, и наблюдаемые квантовые эффекты в системах на основе графена с использованием его переноса на диэлектрическую подложку, с другой стороны, свидетельствуют о возможности реализации задач проекта по синтезу и исследованию эпитаксиальных слоистых наносистем на основе графена и подложки SiC.
Современное состояние исследований по данной проблеме.
Основные усилия мирового сообщества в тематике графена направлены на поиск и реализацию устройств на его основе с использованием квантовых эффектов. Однако в этих работах графен, полученный эксфолиацией или CVD синтезом, переносился на диэлектрическую подложку, и дальнейшее конструирование устройств не предполагало эпитаксиальности используемых слоев. По этой причине, недавно были измерены аномальный (индуцированный светом) и спиновый эффекты Холла, но их квантовые версии не были обнаружены. Для наблюдения квантовых эффектов Холла требуется высокая упорядоченность системы, электронная структура графена в данной системе должна обладать топологическими свойствами, что определяется самой эпитаксиальной структурой системы и как
следствие передачей спин-орбитального и обменного взаимодействий на графен. Другим возможным применением графена является использование в качестве промежуточного материала между
двумя сверхпроводниками для создания перехода Джозефсона. В этом случае был продемонстрирована индуцированная сверхпроводимость в графене [1,2].
В работе [3] были исследованы транспортные свойства графена при контакте со свинцом, обнаружен спиновый эффект Холла в графене до температур 30К. Известно, что свинец является сверхпроводником I типа, однако исследование контакта графена со свинцом при температурах сверхпроводимости проведено не было. Следует отметить, что большинство исследований электронных (например, [4]) и транспортных (например, [5]) свойств как правило проводятся отдельно, что не позволяет определить связь электронной структуры с наблюдаемыми квантовыми эффектами и наоборот.
В настоящее время опубликовано множество статей по интеркалированию графена на SiC [6]. Основным недостатком при синтезе графена на SiC является присутствие небольшого количества двухслойного графена на поверхности (бислоя), связанное со сложностью точного контроля температуры по всей поверхности при термическом синтезе графена. Интеркалирование графена на SiC также приводит к формированию нескольких фаз на поверхности, в том числе из-за интеркалирования непосредственно под графен, в межслоевое пространство между графеном и нулевым
слоем, и под нулевой слой графена с образованием бислоя.
С другой стороны, интеркалирование нулевого слоя графена позволяет получить графеновое покрытие по всей поверхности без образования бислоя графена. Но основной проблемой данного метода является силицидобразование, которое препятствует образованию тонких эпитаксиальных металлических слоев под графеном. В работе [3] была продемонстрирована возможность формирования тонких слоев свинца под графеном и измерены транспортные свойства системы, указывающие на спиновый эффект Холла. Однако, электронная структура графена не была охарактеризована, а были измерены только транспортные характеристики.
[1] M. V. Feigel'man et al., JETP Letters, Vol. 88, No. 11, pp. 747–751 (2008)
[2] H. B. Heersche et al., Solid State Communications, Vol. 143, Issue 1-2, Pages 72-76 (2007)
[3] A. M. Afzal, et al., RSC Adv., 9, 31797-31805 (2019)
[4] D. Marchenko et al., Science Advances, Vol. 4, Issue 11 DOI: 10.1126/sciadv.aau0059 (2018)
[5] Gil-Ho Lee and Hu-Jong Lee, Rep. Prog. Phys. 81 056502 (2018)
[6] S. Wu et al., Progress in Surface Science, Vol. 96, Issue 3, 100637 (2021)
Предлагаемые методы и подходы, общий план работы на весь срок выполнения проекта.
В рамках проекта для исследования электронной и спиновой структуры систем на основе графена будет использоваться комплекс современных экспериментальных и теоретических методов и подходов. Будет изучена электронная энергетическая структура валентной зоны методом фотоэлектронной спектроскопии с высоким угловым разрешением (ARPES) с использованием лабораторных источников в Научном парке СПбГУ и в Институте физики полупроводников СО РАН. Методом фотоэлектронной спектроскопии в режиме мягкого рентгеновского излучения (XPS) будет проанализирована структура остовных уровней с использованием как лабораторных источников, так и синхротронного источника излучения в Курчатовском центре. Исследования структуры валентной зоны с помощью ARPES с варьируемой энергией фотонов и поляризацией излучения будут проведены в центрах СИ в рамках проекта при наличии такой возможности. Следует отметить, что методы фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES) и фотоэлектронная спектроскопия остовных уровней (XPS) хорошо и надежно зарекомендовали себя как достаточно информативные методы, комбинирование которых позволяет детально изучить и проанализировать особенности электронного строения материала.
Методом сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) планируется исследовать атомную структуру поверхности графен-содержащих систем. При этом, благодаря единым вакуумным условиям в уникальной научной установке “Нанолаб” (оборудование Научного парка СПбГУ) имеется возможность СТМ измерений in situ после ARPES измерений, не нарушая вакуумных условий во время синтеза графен-содержащих систем. Это позволит более точно характеризовать атомную структуру поверхности с атомарным разрешением. Для анализа кристаллической структуры поверхности будет использоваться метод дифракции медленных электронов (ДМЭ). Метод ДМЭ может использоваться непосредственно в аналитической камере для контроля качества получаемых систем и ориентации образцов в требуемом направлении зоны Бриллюэна для ARPES измерений. Для анализа микроскопической структуры поверхности синтезированных систем будет использоваться метод сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).
С помощью СКВИД-магнитометра или магнитооптического эффекта Керра будут изучены магнитные свойства полученных систем. Для исследования транспортных свойств (удельное сопротивление, эффекты Холла и Рашбы-Эдельштейна) будет использован комплекс для исследования физических свойств материалов в широком диапазоне температур и магнитных полей PPMS-9 + EverCool-II. Важной задачей в рамках проекта является решение проблемы создания омических контактов на поверхности синтезированных систем для качественного измерения транспортных характеристик.
Для реализации данного проекта необходимо иметь образцы графена высокого структурного совершенства. Методика синтеза нулевого слоя на кремний-терминированной подложке SiC(0001) при температурах 1150-1200С является хорошо воспроизводимой при контроле с помощь ДМЭ, XPS и ARPES. Поэтому в данной работе, основываясь, в том числе на предварительный опыт авторов проекта в данных экспериментах, предполагается исследование интеркаляции металлов под буферный слой графена на SiC. Предполагается, что данный метод будет иметь более высокую воспроизводимость, чем метод интеркаляции металлов под графен, сформированный на нулевом слое. После получения образцов нулевого слоя графена на подложке SiC(0001) будет проведена последовательная
интеркаляция атомов Au и Co. Отдельной задачей является изучение интеркаляции атомов Pb под графен на Au/SiC(0001). Количество напыленного металла во всех случаях будет контролироваться с помощью кварцевых весов. Для реализации квантового аномального эффекта Холла в синтезируемых системах планируется достичь формирования ультратонкого монослойного слоя кобальта под графеном, который будет обладать внеплоскостной намагниченностью. Для систем графен/Au/SiC(0001), графен/Co/Au/SiC(0001), графен/Au/Co/Au/SiС(0001) и графен/Pb/Au/SiС(0001)
предлагается исследовать электронную энергетическую структуру, формирование запрещенной зоны в точке Дирака в графене. Наличие запрещенной зоны, сильного спин-орбитального и обменного взаимодействий в графене позволит предложить графен в качестве активного элемента спинтроники для создания бездиссипативных спин-поляризованных токов в графене и реализации QAHE в графене.
Значительную помощь при интерпретации получаемых экспериментальных данных должны оказать проводимые расчеты с использованием метода теории функционала плотности (DFT). Применение DFT будет реализовано в рамках метода линеаризованных присоединенных плоских волн и псевдопотенциальных методов. Вычисления будут проведены с использованием ресурсов РЦ «Вычислительный центр» СПбГУ и будут включать в себя ресурсоёмкие расчеты в пределах модельных суперячеек исследуемых систем. Использование подобных ресурсоёмких расчетов
позволит провести максимально реалистичное моделирование изучаемых систем и дефектов в них.
Общий план работы на весь срок выполнения проекта.
1 год
1) Синтез нулевого слоя графена на монокристалле SiC(0001). Подбор параметров интеркаляции монослоя золота под нулевой слой графена (температура интеркаляции, время интеркаляции, кол-во напыленного золота) с целью получения графенового покрытия по всей поверхности и минимизации толщины силицидного слоя. Исследование электронной энергетической структуры и кристаллической структуры синтезированной системы Gr/Au/SiC методами ARPES, XPS, ДМЭ.
2) Интеркалирование монослоя Co, а затем монослоя Au под графен на Au/SiC. Подбор параметров интеркаляции для получения однородного по всей поверхности слоя кобальта. Проведение ARPES, XPS, ДМЭ, СЭМ измерений системы Gr/Au/Co/Au/SiC. Проведение DFT расчетов предполагаемой структуры и сравнение с экспериментом.
2 год
1) Синтез нулевого слоя графена на монокристалле SiC(0001) и интеркаляция монослоя Au. Интеркалирование монослоя Pb под графен на Au/SiC. Подбор параметров интеркаляции для получения однородного по всей поверхности слоя и минимизации толщины силицидного слоя. Проведение ARPES, XPS, ДМЭ, СЭМ измерений структуры Gr/Pb/Au/SiC. Проведение DFT расчетов электронной структуры и сравнение с экспериментом.
2) Изготовление контактов с использованием маски для вакуумого напыления на образцах систем Gr/Au/Co/Au/SiC и Gr/Pb/Au/SiC. Проведение транспортных измерений.
3) Исследование магнитных свойств системы Gr/Au/Co/Au/SiC.
4) Анализ возможного применения синтезированных систем в квантовых устройствах.
Имеющийся у коллектива исполнителей научный задел по проекту.
Коллектив авторов проекта занимается исследованием электронной и спиновой структуры низкоразмерных систем на основе графена, топологических изоляторов, тонких слоев металлов и других систем с сильным спин-орбитальным и обменным взаимодействием в лаборатории электронной и спиновой структуры наносистем СПбГУ под руководством ведущего ученого Е.В. Чулкова. У авторов проекта имеется богатый и успешный опыт изучения электронной и спиновой структуры Дираковского конуса электронных состояний графена и топологических изоляторов и его модификации при магнитном допировании или контакте с тяжелыми металлами. В настоящее время руководитель проекта имеет более 70 публикаций (за последние 5 лет – 31 публикацию) в рецензируемых научных журналах (индекс Хирша=19), а также два патента РФ [1,2], один Евразийский патент [3] и одно свидетельство РФ [4].
Руководитель проекта имеет совместные научные публикации со всеми членами научного коллектива. Основные опубликованные результаты получены авторами проекта с использованием методов фотоэлектронной спектроскопии с угловым и спиновым разрешением, в том числе с использованием синхротронного излучения.
Руководитель проекта и члены научного коллектива имеют опыт участия в научно-исследовательских проектах СПбГУ, грантах РНФ, грантах РФФИ, в том числе в совместных международных грантах РФФИ (Германия, Азербайджан), а также все авторы проекта являлись исполнителями по крупному научному проекту Министерства науки и высшего образования № 075-15-2020-797 (13.1902.21.0024) "Квантовые структуры для посткремниевой электроники" (2020-2022 г.г.) в составе консорциума из пяти ведущих научных организаций (ИФП СО РАН, ИПФ РАН, СПбГУ, НГУ, ИФМ УРО РАН).
Для реализации магнитно-спин-орбитального графена на неметаллической подложке авторами проекта была отработана методика синтеза буферного (нулевого) слоя графена на подложке 6H-SiC(0001) и изучена его электронная структура в широком энергетическом диапазоне с использованием теоретических и экспериментальных методов [5]. Проведено всестроннее исследование интеркаляции атомов магнитного металла Co под буферный слой графена на SiC(0001). Показано, что интеркаляция атомов Co приводит к трансформации буферного слоя в монослой графена. В
результате такого синтеза происходит формирование квазисвободного монослойного графена на магнитном ультратонком слое силицидов кобальта со стехиометрией CoSi/CoSi2. Было обнаружено ферромагнитное упорядочение магнитных моментов в плоскости поверхности синтезированной системы, обусловленное слоем CoSi под графеном. Таким образом, синтезирован квазисвободный графен, контактирующий с магнитной подложкой, и сохраняющий при этом электронную структуру в виде конуса Дирака в области точки К. Полученные результаты являются основой для дальнейшей реализации магнитно-спин-орбитального графена на полупроводниковой подложке и являются важными для будущего применения графена в спинтронике.
Авторами проекта проведен синтез и детальные исследования модификации электронной структуры квазисвободного графена на подложке SiC при адсорбции и интеркаляции атомов Mn [6]. Методами фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением проведено комплексное исследование модификации электронной структуры квазисвободного графена при адсорбции и интеркаляции атомов Mn, а также исследование влияния интеркаляции атомов марганца на электронную структуру графена, сформированного на подложках Au/Co(0001)/W(110) и SiC(0001). Подробное исследование графена на подложке SiC методом спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) показало, что при интеркаляции такой системы атомами Mn буферный слой остаётся связанным с подложкой, и не происходит его превращения в дополнительный слой графена. Проанализирована вероятность формирования интерфейсных сплавов Mn с атомами подложек. Анализ электронной структуры показал сдвиги конуса Дирака на различных этапах формирования системы, свидетельствующие о переносе заряда с атомов марганца к атомам углерода, а также о
возможном формировании интерфейсных сплавов марганца с атомами подложки. Полученные результаты и отработанные методы синтеза систем на основе графена при контакте с магнитными и благородными металлами, приводящие к его функционализации и модификации его свойств, с успехом могут быть использованы для эффективного применения электронике и спинтронике.
Другое перспективное применение графена было отражено автором проекта в устройстве записи информации для SOT-MRAM [7], где предлагается использовать графен и монослои металлов, которые повышают спин-орбитальное взаимодействие в графене и существенно улучшают рабочие характеристики ячейки запоминающего устройства оперативной памяти типа SOT-MRAM. Память типа SOT-MRAM (магниторезистивная оперативная память с переносом спинового момента) – это активно развиваемая и перспективная технология, позволяющая решить проблемы, с которыми сталкивается существующая память MRAM. Принцип работы SOT-MRAM основан на пропускании электрического тока через материал с большим спин-орбитальным взаимодействием. В результате создаваемый
спиновый ток посредством переносом спинового момента (spin-orbit torque effect) приводит к индуцированной намагниченности магнитного элемента ячейки памяти. Таким образом, для изменения магнитного состояния (т.е. для записи информации) в запоминающей ячейке памяти применяется не внешнее магнитное поле, а спиновый ток и передача спинового момента. Разработанные с участием автора проекта устройства относятся к технологиям хранения информации и квантовых вычислений. Продемонстрирована термическая стабильность системы в реальных условиях, что является стандартным требованием для систем хранения информации CMOS.
Несмотря на значительный вклад проведенных авторами проекта исследований в развитие графеновой наноэлектроники, остается достаточно нерешенных проблем, связанных в первую очередь с эпитаксиальным синтезом слоистых наносистем с заданными свойствами на основе графена и подложки SiC для реализации в них квантовых эффектов. Для этого необходимо проведение тщательных и последовательных поисковых исследований для достижения поставленной цели и прорыва в данной области.
Для работы над проектом планируется привлечение двух аспирантов лаборатории. Тематика работы обоих аспирантов напрямую связаны с исследованием электронной структуры графен-содержащих систем с использованием экспериментальных и теоретических методов. Ерыженков А.В. имеет опыт проведения теоретических расчетов зонной структуры графена и топологических изоляторов с помощью метода функционала плотности и метода сильной связи, принимает активное участие в обсуждении полученных экспериментальных результатов и сравнении их с экспериментом. Гогина А.А. принимает регулярное участие в проведении экспериментальных исследований в лаборатории по изучению систем на основе графена, имеет опыт проведения теоретических расчетов зонной
структуры методом функционала плотности и является автором научных статей.
Благодаря имеющемуся опыту членов научного коллектива по изучению электронной и спиновой структуры низкоразмерных систем и использованию широких экспериментальных возможностей Научного парка СПбГУ и российских научных институтов РАН, обеспечивается успешность проведения научных исследований в рамках проекта, а полученные результаты будут являться надежными и актуальными для развития современной спинтроники.
[1] Патент RU №2585404 C1 "Графеновый спиновый фильтр". Дата выдачи: 06.05.2016. Дата приоритета: 09.04.2015. Авторы: Шикин А.М., Рыбкина А.А., Рыбкин А.Г., Цыганов А.Б., Адамчук В.К.
[2] Патент RU №2677564 "Устройство записи информации для магниторезистивной оперативной памяти". Дата выдачи: 17.01.2019. Дата приоритета: 01.11.2017. Авторы: Шикин А.М., Рыбкина А.А., Рыбкин А.Г., Климовских И.И., Скирдков П.Н.
[3] Евразийский патент № 034307 "Устройство записи информации для магниторезистивной оперативной памяти" Дата выдачи: 27.01.2020 г. Авторы: Шикин А.М., Рыбкина А.А., Рыбкин А.Г., Климовских И.И., Скирдков П.Н.
[4] Свидетельство РФ о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020610365 "Программа для записи фотоэлектронных спектров (XPS spectra)". Дата регистрации: 13.01.2020. Авторы: научные сотрудники СПбГУ Рыбкин
[5] A. A. Rybkina, S. O. Filnov, A. V. Tarasov, D. V. Danilov, M. V. Likholetova, V. Yu. Voroshnin, D. A. Pudikov, D. A. Glazkova, A. V. Eryzhenkov, I. A. Eliseyev, V. Yu. Davydov, A. M. Shikin, and A. G. Rybkin "Quasi-freestanding graphene on SiC(0001) via cobalt intercalation of zero-layer graphene" Phys. Rev. B 104, 155423 (2021)
[6] A.A. Gogina, A. G. Rybkin, A. M. Shikin, A. V. Tarasov, L. Petaccia, G. Di Santo, I. A. Eliseev, S. P. Lebedev, V. Yu. Davydov, I. I. Klimovskikh Modification of electronic structure of quasi-free-standing graphene via adsorption and intercalation of Mn atoms// JETP. – 2021. – Vol. 132. – No. 6. – С. 906-916.
[7] A. A. Rybkina, A. G. Rybkin, I. Klimovskikh, P. N. Skirdkov, K. A. Zvezdin, A. K. Zvezdin and A. M. Shikin "Advanced graphene recording device for spin–orbit torque magnetoresistive random access memory" Nanotechnology, 31 165201 (2020)
Сведения о фактическом выполнении плана работы в отчетный период:
В отчетном периоде в рамках проекта была проделана следующая работа и получены результаты:
1. Синтез нулевого слоя углерода на монокристалле SiC(0001). Подбор параметров интеркаляции монослоя золота под нулевой слой углерода (температура интеркаляции, время интеркаляции, кол-во напыленного золота) с целью получения графенового покрытия по всей поверхности и минимизации толщины силицидного слоя. Исследование электронной энергетической структуры и кристаллической структуры синтезированной системы Gr/Au/SiC методами ARPES, XPS, ДМЭ.
В рамках проекта было синтезировано несколько образцов нулевого слоя графена (zero-layer graphene, сокр. ZLG) с различными реконструкциями на поверхности:
1) (√3×√3)R30˚+(6√3×6√3)R30˚ (реконструкция №1);
2) (6√3×6√3)R30˚ +(5×5) (реконструкция №2);
3) (6√3×6√3)R30˚+(5×5)+0.1ML Graphene (реконструкция №3).
Данные реконструкции получаются температурным отжигом при различных температурах, но одинаковом времени отжига (15 минут). Таким образом, монокристалл 6H-SiC(0001) подвергался температурному отжигу при температуре 1050 ºC для получения нулевого слоя графена с реконструкцией №1, при температуре 1150 ºC - с реконструкцией №2 и при температуре 1170 ºC - с реконструкцией №3.
На изображениях LEED (ДМЭ), полученных для трех типов систем, наблюдаются соответствующие рефлексы от подложки (SiC) и ZLG (реконструкция (6√3×6√3)R30˚). Также на LEED изображениях помимо основных рефлексов наблюдаются рефлексы от реконструкций (√3×√3)R30˚ и (5×5)R0˚. Причем реконструкция (√3×√3)R30˚ сменяется реконструкцией (5×5) при увеличении температуры прогрева и/или времени прогрева. Реконструкция (5×5) связана с формированием дефектов на поверхности и, как правило, сопровождается формированием графена в области поверхности с данной реконструкцией [1]. Отличительной особенностью реконструкции №3 от реконструкции №2 является наличие небольшого количества графена на поверхности системы. Были проведены исследования методом ARPES и измерены карты интенсивности около К точки графена для этих реконструкций поверхности. Было показано, что реконструкция №3 сопровождается наличием низкоинтенсивного графенового конуса вблизи уровня Ферми.
Метод ARPES в совокупности с методом XPS является высокочувствительными методами для контроля процесса формирования графена на поверхности системы. Для трех типов образцов с различными реконструкциями были исследованы наиболее оптимальные параметры интеркаляции золота (температура интеркаляции, время интеркаляции, количество напыленного золота) с целью получения наибольшего по площади покрытия графена.
1.1. Реконструкция №1, (√3×√3)R30˚+(6√3×6√3)R30˚
В рамках работ по проекту были проведены исследования по напылению и интеркаляции атомов Au под ZLG (реконструкция №1) на подложке SiC.
Были получены данные LEED, XPS и ARPES для образца, синтезированного методом осаждения 10 Å золота на поверхность ZLG при его одновременном прогреве при температуре 550 ºC. Полученные экспериментальные результаты сравнивались с данными для исходного ZLG. Спектры C1s имеют характерную форму с тремя компонентами: две компоненты S1 и S2, соответствующие углероду в ZLG, и компонента объемного углерода в подложке SiC. Результаты ARPES измерений демонстрируют отсутствие Дираковского конуса в K-точке графена и наличие поверхностных состояний (SS) кластеров Au на поверхности образца вблизи уровня Ферми. Из анализа угловых зависимостей спектров остовных уровней, можно сделать вывод, что напыление Au на нагретую подложку не приводит к интеркаляции атомов Au под ZLG. Согласно ARPES, LEED, SEM данным в результате синтеза происходит формирование хорошо упорядоченных двумерных островков Au(111) на поверхности ZLG, причем все островки ориентированы одинаковым образом без поворота относительно подложки SiC. Это подтверждается, как наличием дифракционных рефлексов Au(111) около основных рефлексов (1x1) SiC на картинах LEED, так и экспериментально измеренным сечением ферми-поверхности, характерным для монокристалла Au(111) [2].
Более того, экспериментальные результаты показывают, что даже при температурах от 1000 ºC до 1200 ºC не происходит интеркаляции золота. Анализ спектров остовных уровней Si2p и Au4f после адсорбции 1 Å и 10 Å Au показывает, что на поверхности не формируются силициды золота. В литературе ранее сообщалось, что (√3×√3)R30˚ реконструкция SiC(0001), полученная отжигом монокристалла при 1000 ºC связана с размещением дополнительных атомов кремния в T4 местах [3]. Однако, наши исследования показывают, что синтезированная структура, скорее всего, не является кремний-терминированной. Таким образом, определение атомной структуры как для (√3×√3)R30˚, так и для (6√3×6√3)R30˚ реконструкций все еще является актуальной задачей. Отсутствие интеркаляции золота под нулевой слой графена, в отличие от других реконструкций исследованных в данной работе, говорит об отсутствии мест интеркаляциии и/или сильной связи между ZLG и SiC монокристаллом.
1.2. Реконструкция №2, (6√3×6√3)R30˚+(5×5)
Для реконструкции №2 в рамках проекта были проведены эксперименты по интеркаляции более толстой пленки Au, учитывая то, что малые количества золота труднее интеркалируются под ZLG на SiC.
На поверхность данной реконструкции было осаждено 30 Å Au при температуре образца 700 ºC, после осаждения образец дополнительно отжигался при температуре 800 ºC в течение 15 мин. После цикла измерений ARPES, XPS, LEED образец повторно отжигался при температуре 900 ºC в течение 15 мин с целью проверки возможности дальнейшей интеркаляции. Карты интенсивности ARPES вблизи К точки графена измерялись после каждого этапа синтеза. Поверхность ZLG/SiC характеризуется наличием π состояний ZLG в области 2 эВ в К точке графена. После осаждения золота и отжига системы отчетливо виден нижний конус сформированного графена. Отсутствие верхнего конуса в валентной зоне говорит о наличии запрещенной зоны и низкой плотности интеркалированного слоя золота. На основе публикации [4], можно предположить, что интеркалированный слой золота с низкой поверхностной плотностью приводит к беспорядку на субнанометровом масштабе и формированию полупроводникового графена.
После прогревов системы при 900 ºC, согласно данным XPS с угловым разрешением, золото осталось преимущественно на поверхности ZLG, в то время как интеркалированной оказалась только часть поверхности, ~10% от всей поверхности SiC. Данный факт указывает о низкой скорости интеркаляции при выбранных условиях для данной реконструкции. Однако, как мы покажем в следующем разделе для системы с реконструкцией №3, интеркаляция Au происходит на большей части поверхности и при более низкой температуре, если в системе есть небольшое количество графена до интеркаляции.
1.3. Реконструкция №3, (6√3×6√3)R30˚+(5×5)+0.1ML Graphene
Для исследования процесса интеркаляции Au на данной реконструкции была проведена серия напылений Au (до 70 Å) с дополнительными отжигами системы (до 900 ºC). Анализ полученных экспериментальных данных позволил найти оптимальные условия интеркаляции: напыление 30 Å Au при температуре образца 700 ºC с последующим отжигом при температуре 800 ºC в течение 15 мин. В дополнительных материалах представлены данные для двух этапов эксперимента: после напыления 10 Å Au и серии отжигов и следующего за ними напыления 20 Å Au и отжига, в результате которого было синтезировано наибольшее в эксперименте количество графена на поверхности. Если сравнивать спектры остовных уровней для двух представленных стадий, то очевидно, что после дополнительного напыления золота и отжига произошел дальнейший переход ZLG в графен с образованием силицидов золота под ним. Это подтверждается анализом соотношения интенсивностей при нормальном и скользящем угле эмиссии компонент C1s, Si2p и Au4f. Более того, на картах интенсивности ARPES мы наблюдаем увеличение интенсивности π состояний как в Г, так и в К точке. На картине дифракции после дополнительного осаждения золота, интенсивность рефлексов графена усиливается относительно рефлексов SiC, появляются дополнительные рефлексы, характерные для Au(111). В свою очередь, интенсивность рефлексов от реконструкции ZLG значительно ослабевает. Согласно ARPES исследованию, синтезированный графен характеризуется n-допированием, что согласуется с опубликованными ранее результатами [5,6].
Дальнейшее напыление золота (суммарно 70 Å) и температурные отжиги до 900 ºC не привели к увеличению доли графена на поверхности системы (~80-90% от всей поверхности по анализу XPS данных). Согласно ARPES исследованиям на поверхности системы помимо основной фазы, графен с n-типом допирования, появилась фаза с большим количеством интеркалированного Au, графен с p-типом допирования. Однако последняя занимает небольшую часть поверхности (единицы %).
Новые экспериментальные данные были представлены на очной конференции и были опубликованы в сборнике тезисов III Международной конференции, посвященной 60-летию ИФТТ РАН, индексируемом в РИНЦ, и указаны в перечне публикаций по проекту. Результаты исследований будут использованы в публикации по синтезу и исследованию системы Gr/Au/SiC, которую планируется направить в редакцию в феврале 2024 г.
2. Интеркалирование монослоя Co, а затем монослоя Au под графен на Au/SiC. Подбор параметров интеркаляции для получения однородного по всей поверхности слоя кобальта. Проведение ARPES, XPS, ДМЭ, СЭМ измерений системы Gr/Au/Co/Au/SiC. Проведение DFT расчетов предполагаемой структуры и сравнение с экспериментом.
2.1. Интеркаляция ультратонкого слоя Co под ZLG на SiC
В рамках проекта были проведены исследования по интеркаляции ультратонких пленок магнитного металла (Co) под нулевой слой графена (ZLG) на SiC(0001). Данные исследования проводились с целью изучения процесса силицидообразования при уменьшении количества интеркалированного металла.
Синтез ZLG в виде реконструкции №3 был выполнен при температуре 1185 ºC и контролировался по измерению картин LEED, спектров XPS и ARPES. Напыление 5Å Co было проведено на нагретую до T=450 ºC подложку SiC(0001). Были проанализированы спектры XPS остовных уровней C1s, Si2p и Co2p, наиболее ярко демонстрирующие изменения, которые произошли в системе после напыления кобальта. При анализе спектра C1s после напыления 5Å Co на нагретую подложку ZLG/SiC обнаружено, что даже такое малое количество атомов кобальта эффективно интеркалируется при данных параметрах, приводя к трансформации нулевого слоя в монослой графена. В результате в спектре C1s появляется интенсивная новая компонента (Gr), характерная для монослоя графена. Энергия связи уровня C1s сформированного графена, равная 284.5 эВ, соответствует энергии связи квазисвободного графена. Детальный анализ спектров Si2p до и после интеркаляции однозначно свидетельствует о формировании силицидов кобальта под графеном. Так, в спектре Si2p появляются дополнительные компоненты, по энергетическому положению соответствующие соединениям CoSi и CoSi2 [7].
Анализ спектров XPS, измеренных при различных углах фотоэмиссии, позволяет проанализировать относительную глубину залегания слоев в системе. Так, были определены значения отношения интенсивностей спектральных компонент, полученных измерением при углах фотоэмиссии 0º (нормаль к поверхности) и 60º. Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что верхним слоем в синтезированной системе является монослой графена, а атомы кобальта интеркалированы между графеном и подложкой SiC.
Таким образом, интеркаляция даже столь малого количества атомов Co (5Å) приводит к активному силицидообразованию под графеном и препятствует формированию интерфейса, пригодного для измерения транспортных характеристик. Поэтому дальнейшая работа по проекту предусматривает интеркаляцию атомов Co только после интеркаляции благородных металлов.
2.2. Интеркаляция Co в системе Gr/Au/SiC+ZLG/SiC
В рамках работ по проекту проведены исследования по интеркаляции Co в систему, описанную в п. 1.2. Данная система была получена путем напыления 30 Å Au на нагретую поверхность ZLG/SiC, что привело к частичной интеркаляции золота и частичной трансформации нулевого слоя в монослой графена. Затем было проведено исследование с последующей интеркаляцией 10 Å Co на нагретую подложку при температуре 450 ºC. В результате анализа данных LEED, XPS и ARPES исследований и их сравнения с полученными ранее результатами при интеркаляции ультратонких пленок Co было определено, что Co интеркалируется под ZLG/SiC с образованием силицидов кобальта. При этом, часть поверхности Gr/Au/SiC остается в прежнем состоянии. Таким образом, можно сделать вывод, что необходимым условием для интеркаляции Co без силицидообразования является полное покрытие поверхности графеном, в результате интеркаляции благородным металлом.
Предварительные исследования по интеркаляции атомов другого благородного металла, Pt, под ZLG на SiC показали, что происходит формирование графена на значительно большей площади поверхности монокристалла, чем при интеркаляции Au. При этом формирование графена сопровождается плавным переходом от n-фазы к недопированному графену с увеличением температуры отжига образца.
В связи с перспективностью использования платины в качестве интеркалируемого элемента, планируется в следующем году продолжить синтез и исследования как системы Gr/Au/Co/Au/SiC, так и системы Gr/(Au или Pt)/Co/Pt/SiC.
3. Исследования методом сканирующей электронной микроскопии поверхности образцов Gr/Au/SiC
Для исследования поверхности интеркалированных образцов были выполнены измерения методом сканирующей электронной микроскопии. На SEM (СЭМ) изображениях видно небольшое количество остаточных кластеров золота с огранкой, характерной для Au(111). Состав кластеров был подтверждён из энергодисперсионного рентгеновского микроанализа. Упорядоченный рост 2D кластеров Au(111) по отношению к подложке подтверждается измерением карт интенсивности ARPES c наличием характерных для монокристалла (111) энергетических зон. Согласно измерениям в режиме детектирования обратно-рассеянных электронов, светлая часть поверхности на SEM изображениях соответствуют большому количеству золота, а темная – меньшему. Если оценить соотношение площадей, то светлые области занимают большую часть поверхности (~80-90%), что согласуется с выводом об интеркалированном однослойном графене по оценке толщины слоев в системе Gr/Au/SiC из ослабления интенсивности остовных уровней РФЭС данных.
4. Теоретическое исследование ферримагнитного графена на подложке Au/Co. Исследование устойчивости ферромагнетизма к структурным изменения в системе
Поскольку при интеркаляции золота могут оставаться кластеры золота, как на поверхности графена, так и под графеном, управление количеством и размерами кластеров в результате интеркаляции может быть использовано для усиления индуцированного взаимодействия Рашбы и получения топологической фазы в графене.
В рамках проекта проведено исследование влияния размера петлевых дислокаций и дополнительных атомов золота и кобальта на подрешеточный ферримагнетизм в графене. По результатам расчетов методом функционала плотности можно сделать вывод, что для петлевых дислокационных структур характерно формирование ферримагнитного состояния в слое Au и в слое графена, при этом на графене магнитные моменты на подрешетках являются однородными с точностью до ~0.001 µB. Величина запрещенной зоны графена согласуется с экспериментальным значением и составляет ~60-70 мэВ. Для изучения роли петлевых дислокаций в формировании ферримагнетизма в графене и соответствующей запрещенной зоны, был проведен расчет элементарной ячейки (9х9), но без дислокационной петли. Элементарная ячейка была построена на основе структурно оптимизированных с петлевыми дислокациями с расстоянием Gr-Au, равным 3.36 Å. В этом случае запрещенная зона в точке Дирака примерно в два раза меньше, чем для структур с дислокационными петлями из-за подавления подрешеточного ферримагнетизма (магнитные моменты на атомах А и B подрешетки графена имеют одинаковый знак и близки к 0.002 µB и 0.007 µB). В то же время сильная гибридизация наблюдается для состояний со спином-вниз графена и кобальта в области точки Дирака. Аналогичная гибридизация между состояниями графена и кобальта наблюдалась ранее для элементарной ячейки (2x2) Gr/Au/Co [8].
Для анализа влияния возможных структурных неоднородностей на электронную и спиновую структуру графена были выполнены расчеты методом функционала плотности для системы Gr/Au/Co с различными вариантами дополнительных атомов. Были рассмотрены три основных случая:
1) Кластер из трех атомов кобальта под графеном, который может сформироваться при образовании петлевой дислокации минимальных размеров. В данном случае π состояния графена оказываются сильно гибридизованы с d-состояниями кобальта, а дираковский конус оказывается разрушенным. При этом графен намагничен ферромагнитным образом по отношению к слою кобальта с магнитными моментами на атомах углерода ∼ 0.9 µB.
2) Адатомы золота под графеном в результате избыточной интеркаляции. Обнаружено, что для данной системы сохраняется ферримагнетизм в графеновой решетке с магнитными моментами ∼ 0.010 ÷ 0.011 µB и −(0.011÷ 0.012) µB на подрешетках, дополнительный атом золота в ячейке приводит к увеличению расщепления Рашбы в области дираковского конуса до ∼ 20 мэВ. Ширина запрещенной зоны составляет ∼ 60 мэВ и появляется в результате антиферромагнитного взаимодействия в графене. Хотелось бы отметить, что величина расщепления Рашбы в данном случае (∼ 20 мэВ) все еще меньше экспериментального значения (∼ 60 мэВ). Немаловажную роль в объяснении эффекта гигантского расщепления Рашбы могут играть корругация слоя золота под графеном и вклад фононных колебаний графена, что является предметом дальнейших исследований.
3) Адатомы золота на графене, оставшиеся на поверхности после интеркаляции. В данном случае увеличения расщепления Рашбы вблизи уровня Ферми не наблюдается, и оно составляет менее 7 мэВ. В отличие от предыдущего случая инверсия спина относительно Γ точки отсутствует, что свидетельствует о превалирующем вкладе обменного расщепления, величиной до ∼ 50 мэВ. При этом ферримагнитный порядок сохраняется, но доля антиферромагнитного взаимодействия уменьшается, что приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны в точке Дирака до 40 мэВ. Аналогичное уменьшение доли антиферромагнитного упорядочения наблюдается и для случая приближенного к слою золота графена на 0.3 Å от равновесного состояния.
На основе проведенных исследований можно сделать вывод, что ферримагнитная упорядоченность внутри атомных слоев графена и нижележащего слоя золота сохраняется для систем с различными размерами петлевых дислокаций Au/Co. Более того, наличие дополнительных адатомов золота под графеном усиливает индуцированное взаимодействие Рашбы в графене, но при этом не разрушает ферримагнитный порядок в графене.
Результаты исследования опубликованы в журнале «Письма в ЖЭТФ» и его переводной версии JETP Letters: Письма в ЖЭТФ, том 117, вып. 8, с. 626 – 631; JETP Letters, 2023, Vol. 117, No. 8, pp. 624–629.
Статья получила рекомендацию редакторов журнала JETP Letters для публикации в разделе "Editor's Choice".
5. Теоретическое исследование графена на подложке Au/SiC
В рамках работ по проекту проведены теоретические расчеты по исследованию спин-орбитального взаимодействия в системе Gr/Au/SiC. Были проведены расчеты из первых принципов для трех ячеек с различным расположением, плотностью атомов золота и количеством монослоев золота. Показано, что величина спин-орбитального расщепления в графене на Au/SiC вблизи К точки может достигать ~100 мэВ для графена на монослое золота и ~250 мэВ для графена на двух монослоях золота. Очевидно, что увеличение спин-орбитального взаимодействия в графене происходит в результате уменьшения расстояния между графеном и слоем золота. Корругация в монослое золота возникает вследствие увеличения плотности атомов золота в слое и сопровождается заметным сокращением расстояния между графеном и монослоем золота. Теоретически полученное значение расщепления согласуется с экспериментально измеренным в статье [9]. Таким образом, причинами гигантского расщепления Рашбы в графене на Au могут являться: увеличение плотности атомов в монослое золота относительно плотности в слое Au(111), появление дополнительных атомов/кластеров золота под графеном и второго монослоя золота. Расчеты с большими значениями спин-орбитального расщепления в Gr/Au/SiC получены впервые и показывают возможные причины гигантского расщепления Рашбы в графене.
Новые экспериментальные и теоретические данные, полученные в рамках проекта, будут использованы в публикации по синтезу и исследованию системы Gr/Au/SiC, которую планируется направить в редакцию в феврале 2024 г.
Список использованных источников:
1. P. Merino Mateo «Structural characterization of epitaxial graphene» Thesis for the degree of Doctor in Physical Sciences, Autonomous University of Madrid (2014)
2. Wofford J. M. et al. Extraordinary epitaxial alignment of graphene islands on Au(111) // New J. Phys. 14 053008 (2012)
3. U. Starke et al. Stacking Transformation from Hexagonal to Cubic SiC Induced by Surface Reconstruction: A Seed for Heterostructure Growth // Phys. Rev. Lett. 82, 2107 (1999)
4. M. S. Nevius et al. Semiconducting Graphene from Highly Ordered Substrate Interactions // Phys. Rev. Lett. 115, 136802 (2015)
5. I. Gierz et al. Electronic decoupling of an epitaxial graphene monolayer by gold intercalation // Phys. Rev. B 81, 235408 (2010),
6. S. Forti et al. Semiconductor to metal transition in two-dimensional gold and its van der Waals heterostack with graphene // Nature Communications volume 11, Article number: 2236 (2020)
7. A. A. Rybkina et al. Quasi-freestanding graphene on SiC(0001) via cobalt intercalation of zero-layer graphene // Phys. Rev. B 104, 155423 (2021)
8. A. G. Rybkin et al. Magneto-Spin–Orbit Graphene: Interplay between Exchange and Spin–Orbit Couplings // Nano Lett. 2018, 18, 3, 1564–1574 (2018)
9. D. Marchenko et al. Rashba splitting of 100 meV in Au-intercalated graphene on SiC // Appl. Phys. Lett. 108, 172405 (2016)
