成核位置的控制是材料生長的一個重要目標：規則陣列中的原子核可能會表現出涌現的光子或電子行為，一旦原子核聚結成薄膜，成核密度就會影響表面粗糙度、應力和晶界結構等參數。因此，調整襯底特性以控制成核是設計功能薄膜和納米材料的有力工具。 在這里，我們研究了在不存在襯底效應且異質成核位點最小化的情況下，沉積在二維材料上的金屬的成核控制。通過對石墨烯上多面、外延的 Au 島成核的量化，我們表明，在我們測量相鄰支撐襯底上高 2-3 個數量級的成核密度的條件下，可以在懸浮石墨烯上實現核相距幾微米的超低成核密度。 我們使用成核理論估計擴散距離，并發現成核和擴散對懸浮石墨烯厚度的強烈敏感性。 最后，我們討論了表面粗糙度作為決定清潔獨立石墨烯成核密度的主要因素的作用。
圖 1. 與 SiN 支持的 Gr 相比，懸浮 Gr 的成核密度低。(a, b) 3L Gr 和 0.15 nm Au 的 TEM 和高角度環形暗場 STEM 圖像。 (b) 中的對比度已被反轉，以便于比較圖像。 (c) 10L Gr 的 TEM 圖像。在懸浮區域上沒有看到金的成核，而是在孔的邊緣和支撐區域上。
注意（c）中由膜彎曲引起的弱衍射對比。 (c) 中的斑駁背景對比度是由于樣品在從 UHV 系統中移除后受到污染，因此不會影響成核密度測量。
圖 2. 圖 2. Gr 上與層相關的 Au 沉積特性。 (a) Au 沉積在懸浮的 1L、2L 和 4L Gr 上的 TEM 圖像，這些都來自同一樣品。 (b) (a) 中所示樣品的 Au 區域直方圖。 島區域是在幾個孔上測量的，每個孔的 Gr 厚度都是已知的。對于 1L、2L 和 4L Gr，測量的組合面積分別為 72、39 和 79 μm2。 (c) 懸浮 Gr 上的 Au 成核密度與 Gr 厚度的關系。 六種不同的符號顏色/形狀對應于六種不同的樣本。（ d ）針對每個樣品和每個厚度的 Gr 厚度繪制的平均島面積。 (c) 和 (d) 中的誤差線是標準誤差。
圖 3. Au 在干凈的懸浮 Gr 上的外延。 (a) 沉積金的 3L Gr 的 TEM 圖像。 綠色和橙色圓圈分別標記用于捕獲 (b) 和 (c) 中的衍射圖案的選定區域孔徑的范圍。 (a) 中的插圖顯示了橙色區域的放大圖。 在 (b) 中，紅色指數代表 Gr，藍色指數代表 Au。
圖 4. 未退火樣品上的金沉積。 (a) 在 SiO
2 上剝離的單層 Gr 晶體上蒸發的金的 SEM 圖像。 (b) 沉積在 128 nm 厚石墨上的金的 TEM 圖像，同時它被支撐在 SiO
2 上，隨后轉移到 TEM 網格上進行 TEM 成像。 插圖顯示了衍射圖案，Gr 指數為紅色，Au 為藍色字體。
圖 5. 單層 Gr 中的波紋。 已沉積 0.15 nm Au 的單層 Gr 的掃描電子顯微鏡概覽圖像。
相關研究成果由麻省理工學院Frances M. Ross等人2022年發表在ACS Nano (https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00405)上。原文：Suspended Graphene Membranes to Control Au Nucleation and Growth。
轉自《石墨烯研究》公眾號
