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- ItemA hybrid MBE-based growth method for large-area synthesis of stacked hexagonal boron nitride/graphene heterostructures(London : Nature Publishing Group, 2017) Wofford, Joseph M.; Nakhaie, Siamak; Krause, Thilo; Liu, Xianjie; Ramsteiner, Manfred; Hanke, Michael; Riechert, Henning; Lopes, J.; Marcelo, J.Van der Waals heterostructures combining hexagonal boron nitride (h-BN) and graphene offer many potential advantages, but remain difficult to produce as continuous films over large areas. In particular, the growth of h-BN on graphene has proven to be challenging due to the inertness of the graphene surface. Here we exploit a scalable molecular beam epitaxy based method to allow both the h-BN and graphene to form in a stacked heterostructure in the favorable growth environment provided by a Ni(111) substrate. This involves first saturating a Ni film on MgO(111) with C, growing h-BN on the exposed metal surface, and precipitating the C back to the h-BN/Ni interface to form graphene. The resulting laterally continuous heterostructure is composed of a top layer of few-layer thick h-BN on an intermediate few-layer thick graphene, lying on top of Ni/MgO(111). Examinations by synchrotron-based grazing incidence diffraction, X-ray photoemission spectroscopy, and UV-Raman spectroscopy reveal that while the h-BN is relaxed, the lattice constant of graphene is significantly reduced, likely due to nitrogen doping. These results illustrate a different pathway for the production of h-BN/graphene heterostructures, and open a new perspective for the large-area preparation of heterosystems combining graphene and other 2D or 3D materials.
- ItemGrowth of graphene/hexagonal boron nitride heterostructures using molecular beam epitaxy(Berlin : Humboldt-Universität zu Berlin, 2018) Nakhaie, SiamakZweidimensionale (2D) Materialien bieten eine Vielzahl von neuartigen Eigenschaften und sind aussichtsreich Kandidaten für ein breites Spektrum an Anwendungen. Da hexagonales Bornitrid (h-BN) für eine Integration in Heterostrukturen mit anderen 2D Materialien geeignet ist, erweckte dieses in letzter Zeit großes Interesse. Insbesondere van-der-Waals-Heterostrukturen, welche h-BN und Graphen verbinden, weisen viele potenzielle Vorteile auf, verbleiben in ihrer großflächigen Herstellung von kontinuierlichen Filmen allerdings problematisch. Diese Dissertation stellt eine Untersuchung betreffend des Wachstums von h-BN und vertikalen Heterostrukturen von Graphen und h-BN auf Ni-Substraten durch Molekularstrahlepitaxie (MBE) vor. Zuerst wurde das Wachstum von h-BN mittels elementarer B- und N-Quellen auf Ni als Wachstumssubstrat untersucht. Kristalline h-BN-Schichten konnten durch Raman-spektroskopie nachgewiesen werden. Wachstumsparameter für kontinuierliche und atomar dünne Schichten wurden erlangt. Das Keimbildungs- und Wachstumsverhalten so wie die strukturelle Güte von h-BN wurden mittels einer systemischen Veränderung der Wachstumstemperatur und -dauer untersucht. Die entsprechenden Beobachtungen wie der Änderungen der bevorzugten Keimbildungszentren, der Kristallgröße und der Bedeckung des h-BN wurden diskutiert. Ein Wachstum von großflächigen vertikalen h-BN/Graphen Heterostrukturen (h-BN auf Graphen) konnte mittels einem neuartigen, MBE-basierenden Verfahren demonstriert werden, welche es h-BN und Graphen jeweils erlaubt sich in der vorteilhaften Wachstumsumgebung, welche von Ni bereitgestellt wird, zu formen. In diesem Verfahren formt sich Graphen an der Schnittstelle von h-BN und Ni durch Präzipitation von zuvor in der Ni-Schicht eingebrachten C-Atomen. Schließlich konnte noch ein großflächiges Wachstum von Graphen/h-BN-Heterostrukturen (Graphen auf h-BN) durch das direkte abscheiden von C auf MBE-gewachsenen h-BN gezeigt werden.