Bottom-Up Growth of Monolayer Honeycomb SiC
Artikel i vetenskaplig tidskrift, 2023
The long theorized two-dimensional allotrope of SiC has remained elusive amid the exploration of graphenelike honeycomb structured monolayers. It is anticipated to possess a large direct band gap (2.5 eV), ambient stability, and chemical versatility. While sp2 bonding between silicon and carbon is energetically favorable, only disordered nanoflakes have been reported to date. Here we demonstrate large-area, bottom-up synthesis of monocrystalline, epitaxial monolayer honeycomb SiC atop ultrathin transition metal carbide films on SiC substrates. We find the 2D phase of SiC to be almost planar and stable at high temperatures, up to 1200 °C in vacuum. Interactions between the 2D-SiC and the transition metal carbide surface result in a Dirac-like feature in the electronic band structure, which in the case of a TaC substrate is strongly spin-split. Our findings represent the first step towards routine and tailored synthesis of 2D-SiC monolayers, and this novel heteroepitaxial system may find diverse applications ranging from photovoltaics to topological superconductivity.
Författare
Craig Michael Polley
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantkomponentfysik
Max IV-laboratoriet
H. Fedderwitz
Max IV-laboratoriet
T. Balasubramanian
Max IV-laboratoriet
A. A. Zakharov
Max IV-laboratoriet
Rositsa Yakimova
Linköpings universitet
Olof Bäcke
Chalmers, Fysik, Mikrostrukturfysik
Jenny Ekman
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Terahertz- och millimetervågsteknik
Saroj Prasad Dash
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantkomponentfysik
Sergey Kubatkin
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantkomponentfysik
Samuel Lara Avila
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantkomponentfysik
National Physical Laboratory (NPL)
Physical Review Letters
0031-9007 (ISSN) 1079-7114 (eISSN)
Vol. 130 7 076203Nya tvådimensionella system från tillväxt till tillämpningar
Stiftelsen för Strategisk forskning (SSF) (RMA15-0024), 2016-05-01 -- 2021-06-30.
Epitaxiell grafen för metrologi, sensorer och elektronik
Stiftelsen för Strategisk forskning (SSF) (GMT14-0077), 2016-01-01 -- 2020-12-31.
Kvantkriticitet och ny kvantmateria i tvådimensionella Dirac-material
Vetenskapsrådet (VR) (2021-05252), 2022-01-01 -- 2025-12-31.
2D material-baserad teknologi för industriella applikationer (2D-TECH)
GKN Aerospace Sweden (2D-tech), 2021-01-01 -- 2024-12-31.
VINNOVA (2019-00068), 2020-05-01 -- 2024-12-31.
Ämneskategorier
Oorganisk kemi
Materialkemi
Den kondenserade materiens fysik
DOI
10.1103/PhysRevLett.130.076203
PubMed
36867809