Показано, что при низкотемпературном (300−500 K) интеркалировании тонких многослойных пленок графена и графита на рении атомами Na первый слой графена выступает в качестве ловушки, куда диффундируют через графитовую пленку поступающие на поверхность атомы. При концентрации атомов Na под первым слоем графена, приближающейся к максимально возможной (2 ± 0.5) · 10 14 cm −2 , активно запол-няется фаза интеркаляции межслоевого пространства в объеме графита. Емкость этой фазы пропорциональна толщине пленки графита, которая в работе могла изменяться от одного слоя графена до ∼ 50 атомных слоев. Оценена энергия диффузии Ed атомов Na через пленку графита Ed ≈ 1.4 eV.
ВведениеОткрытый в наших работах [1,2] эффект интеркали-рования графеновой пленки на металлах чужеродными атомами и молекулами, приводящий к самопроизвольно-му накоплению атомов (молекул) в пространстве между графеном и металлом, широко применяется в научном мире [3][4][5][6]. В частности, в настоящее время одной из важных задач является создание под пленкой графена на металле диэлектрического слоя путем интеркали-рования атомов с последующим их окислением [7][8][9][10][11]. Закономерности интеркалирования графена на металлах атомами Cs, K, Na, Al, Cu, Ir, Si, Pt и др., а также молекулами C 60 представлены в нашей обобщающей работе [12], причем было показано, что именно потен-циал ионизации является важнейшей характеристикой, описывающей закономерности этого процесса.Если закономерности интеркалирования однослойно-го графена на металле и наоборот, объемного графита можно считать хорошо изученными [12,13], то переход от одного слоя графена к многослойным графеновым и графитовым пленкам совершенно не изучен, хотя такие пленки с толщиной в несколько слоев графена обладают рядом уникальных свойств [14][15][16][17].В настоящей работе толщина пленки могла плавно изменяться от одного слоя графена до ∼ 50 атомных слоев. Целью настоящей работы было исследование процессов интеркалирования многослойных пленок гра-фена и графита атомами щелочного металла -натрия, обладающего высокой диффузионной подвижностью и низким потенциалом ионизации.
Методы и техника экспериментаОпыты проводились в условиях сверхвысокого вакуума (P ≈ 10 −10 Torr) в призменном электрон-ном Оже-спектрометре высокого разрешения ( E/E ≈ ≈ 0.1%) [18]. В приборе имелся специальный модуль для применения метода ТЭПИ: термоэлектронной эмиссии и поверхностной ионизации зондирующих поверхность атомов и молекул CsCl -метод, разработанный нами для определения относительной площади графеновых островков на металле и качества (сплошности) таких пленок [19]. Образцами служили тонкие текстурированные рение-вые ленты, имеющие размеры 50×1×0.02 mm, однород-ные по работе выхода с гранью (1010) на поверхности с eϕ = 5.15 eV. Очистка лент от примесей и выведение грани на поверхность были стандартными [20]. По дан-ным рентгеновской дифракции степень ориентации гра-ни (1010) по отношению к поверхности образца состав-ляла 99.9%. Лента нагревалась пропусканием тока, ее центральная часть длиной 40 mm была однородной по темп...
