Целью этапа является формирование новых двумерных систем и материалов на основе графена, а также определение их кристаллической структуры, электронных и магнитных свойств. Основные задачи были направлены на синтез систем и последующий глубокий анализ их атомной и электронной энергетической структуры.
Первая задача состояла в разработке метода постростового улучшения качества графена на поверхности металла путем рекристаллизации, а также в определении механизма этого процесса. Успешно решенной задачей был поиск оптимальных условий для достижения максимально возможного количества рекристаллизованной фракции графена. Изучена кинетика рекристаллизации и предложен ее механизм.
Второй задачей проекта было исследование системы графен/SiC и анализ ее применимости для создания газовых и био-сенсоров. Эти работы направлены на воспроизводимое получение графена с электронными характеристиками, пригодными для промышленного производства сенсоров. В частности, задачей исследований был анализ качества графена и определение концентрации носителей заряда.
В рамках третьей задачи проекта была сформирована многослойная система на основе графена, заключенного между слоями немагнитных материалов Li и Si на поверхности ферромагнетика. В результате проведенных исследований электронной структуры и магнитных свойств полученной системы было обнаружено появление магнитного момента у слоев Li и Si, при его отсутствии у графена. Также было показано усиление электрон-фононного взаимодействия в графене и выявлена анизотропия электрон-фононной связи.
Четвертая задача заключалась в определении характеристик электронной структуры нанолент 7-AGNR. Была впервые экспериментально исследована электронная структура валентной зоны нанолент с помощью фотоэмиссии, определены ее основные характеристики, а также описаны причины, по которым не удавалось правильно идентифицировать состояния валентной зоны в других работах.
В рамках пятой задачи были впервые сформированы ориентированные графеновые наноленты, легированные бором, и изучена их электронная структура. Использование спектроскопии КРС в сверхвысоком вакууме позволило определить характерные частоты фононов в допированных нанолентах и впервые получить эталонные спектры, служащие «отпечатками пальцев» этого нового материала.
Шестой задачей было формирование высококачественного интерфейса 2D изолятора h-BN моноатомной толщины и ферромагнитного монокристалла Co(0001) с последующим изучением структуры и индуцированного магнетизма в нитриде бора. Сопутствующей задачей стало освоение эффективного метода исследования структуры поверхности – фотоэлектронной дифракции со сканированием по углам. Этим методом была точно определена структура интерфейса, а расчеты из первых принципов позволили провести детальный анализ электронной структуры и магнитных свойств h-BN.