Formation, Functionalization and Characterization of 2D Materials on Crystalline Supports

Abstract

Abstrak: V této práci je studován růst 2D materiálů grafénu a FeO2 na krystalických substrátech pomocí řady povrchově citlivých metod. Jsou prozkoumány mechanismy růstu grafénu v ultravysokém vakuu a atmosférickém tlaku argonu, je popsáno jednoduché zařízení na výrobu vysoce kvalitního monokrystalického grafénu na SiC. Charakterizace elektronických a chemických vlastností borem a dusíkem dopovaného grafénu je provedena metodami STM/AFM s hroty funkcionalizovanými molekulou CO a podpořena výpočty DFT. Je též zkoumána chemická interakce testovací molekuly (FePc) s dopovaným grafénem. Dlouhodobě nevyřešený spor ohledně tzv. "biphase" (tj. dvoufázového) modelu rekonstrukce α - Fe2O3(0001) je vyřešen odhalením kompletní FeO2 vrstvy pro tuto fázi. Struktura této povrchové vrstvy je zkoumána metodami STM, LEEM a pomocí DFT výpočtů. Je podán detailní popis cest k získání jednotlivých fází pokrývajících celý povrch α - Fe2O3(0001).

In this thesis, the growth of 2D materials, in particular graphene and FeO2 on crystalline supports, is studied by a multitude of surface-sensitive techniques. The mechanisms of graphene growth in ultra-high vacuum and high Ar pressure are explored, and a simple device for the manufacturing of high-quality, monocrystalline graphene on SiC is described. The electronic and chemical properties of B and N dopants on graphene are characterized by means of STM/AFM with CO-functionalized tips and supported by DFT calculations. The chemical interaction of a probe molecule (FePc) with doped graphene is also investigated. The long-standing controversy of the so-called "biphase" reconstruction of α - Fe2O3(0001) is resolved by the discovery of a complete FeO2 overlayer in this phase. The structure of this overlayer is investigated by means of STM, LEEM and DFT calculations. A thorough description of the routes to obtain single phases over the whole surface of α - Fe2O3(0001) is provided.