Surface defects of graphene grown on Ni(111)

Abstract

Im Zuge dieser Diplomarbeit wurde die atomare Struktur von Graphen, das auf der (111) Oberfläche eines Nickel-Einkristalles aufgewachsen wurde, mit Hilfe von Rastertunnelmikroskopie (RTM) und Low Energy Electron Diffraction (LEED) untersucht. Graphen wurde durch das Zersetzen von Toluol auf einer heißen Nickeloberfläche gebildet. Die Graphenschicht war teilweise mit Defekten, wie beispielsweise Punktdefekte, Blasen oder Wellen, versehen. Es wurden ebenfalls unterschiedliche Rotationswinkel zwischen der Graphenschicht und dem darunterliegenden Nickel beobachten, was unterschiedliche Moiré-Muster zur Folge hatte. Einige dieser Strukturen wurden durch Kohlenstoffatome verursacht, die während der Graphenbildung in das Volumen des Kristalls hineindiffundierten und somit den Kristall verunreinigten. Diese Verunreinigungen machten sich auf dem Nickelkristall als Nickelcarbid bemerkbar. Nickelcarbid wurde jedoch nicht nur auf dem gereinigten Kristall gefunden, sondern auch in manchen Gebieten unter der Graphenschicht, was angrenzende Gebiete sehr stark beeinflussen konnte.<br />

In this diploma thesis the atomic structure of graphene grown on the (111) surface of a nickel single crystal is investigated by Scanning Tunneling Microscopy (STM) and Low Energy Electron Diffraction (LEED).<br />Graphene layers were prepared on Ni(111) by decomposition of toluene.<br />With the help of STM, growth conditions were determined under which the carbon atoms form a regular honeycomb structure. However, each graphene layer showed some defects and different rotational relationships with the underlying substrate, resulting in moiré patterns. The most common defects were point defects on the graphene layer, bubbles, wrinkles and ripples of the graphene film. Bulk dissolved carbon segregated to the surface upon cooling, forming nickel carbide patches, which strongly influenced the local epitaxial match. Areas adjacent to the interfacial carbide were highly disordered.