1. Assessment of Xenes for their integration into a plasmonic device platform
- Author
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Bonaventura, E, BONERA, EMILIANO, BONAVENTURA, ELEONORA, Bonaventura, E, BONERA, EMILIANO, and BONAVENTURA, ELEONORA
- Abstract
La tesi si pone l'obiettivo di studiare le proprietà ottiche degli Xeni. Gli Xeni, reticoli monoelementali artificiali simili al grafene, hanno mostrato sin dalla loro scoperta grandi potenzialità per applicazioni negli ambiti dell'elettronica e della fotonica. Purtroppo, il loro utilizzo è ancora limitato dall'elevata reattività chimica e dai forti effetti di ibridazione con i substrati nativi. Conoscere la risposta ottica o termo-ottica degli Xeni, escludendo o controllando eventuali effetti del substrato, è quindi funzionale allo sviluppo di nuove tecnologie. La ricerca è stata condotta nell'ambito del progetto X-Fab (ERC COG Grant n. 772261), presso i laboratori CNR-IMM di Agrate Brianza. In questo studio vengono esaminate diverse configurazioni a base di Xene, combinando tecniche di analisi in situ (XPS e LEED) e di spettroscopia ottica (FTIR, Vis-UV e Raman), con lo scopo di determinarne la risposta ottica e valutare l'integrazione degli Xeni in un dispositivo che ne sfrutti le potenzialità. La prima configurazione analizzata prevede l'introduzione di un substrato isolante e otticamente trasparente, come lo zaffiro, a sostituzione del più diffuso argento. Lo zaffiro, nella sua orientazione (0001) presenta un reticolo a simmetria esagonale commensurato a quello di silicene e stanene. La conducibilità ottica di nano-film di stagno cresciuti tramite MBE è stata ricavata da misure di trasmittanza e riflettanza, acquisite tra 0.01 e 6.5 eV. L'analisi spettrale e il successivo confronto con dati teorici già presenti in letteratura hanno permesso di identificare delle caratteristiche non banali, in parte riconducibili allo stanene. L'analisi chimica eseguita in situ durante la crescita ha però evidenziato anche la presenza di una componente dello stagno ossidata dovuta ad effetti del substrato. Il problema emerso è stato affrontato introducendo uno strato di grafene tra i film di stagno e l'Al2O3. L'introduzione dello strato di grafene ha permesso di evi, The aim of this thesis is to investigate the optical properties of Xenes. Since their discovery, Xenes, artificial graphene-like single-element lattices, have shown great potential for applications in electronics and photonics. Unfortunately, their use is still limited by their high chemical reactivity and strong hybridisation effects with native substrates. Understanding the optical or thermo-optical response of Xenes, and thus excluding or controlling possible substrate effects, is therefore crucial for the development of new technologies. The research was carried out as part of the X-Fab (ERC COG Grant n. 772261) project at the CNR-IMM laboratories in Agrate Brianza. In this study, several Xenes-based configurations are investigated using a combination of in situ analysis (XPS and LEED) and optical spectroscopy (FTIR, Vis-UV and Raman) techniques to determine their optical response and evaluate the integration of Xenes into a device that exploits their potential. The first configuration analyzed involved the introduction of an insulating and optically transparent substrate, such as sapphire (Al2O3), to replace the more common silver. Sapphire, in its (0001) orientation, has a hexagonal symmetry lattice commensurate to that of silicene and stanene. The optical conductivity of tin nano-sheets grown by MBE was derived from transmittance and reflectance measurements. The measurements were carried out covering a range from 0.01 to 6.5 eV. Spectral analysis and subsequent comparison with theoretical data from the literature made it possible to identify non-trivial features, some of which can be attributed to stanene. However, in situ chemical analysis during growth also revealed the presence of an oxidised tin component due to substrate effects. This issue was solved by introducing a graphene layer between the tin films and Al2O3. The introduction of the graphene layer prevented oxidation of the tin, as confirmed by XPS analysis. The results of the optical analysis, on
- Published
- 2023