We report the preparation of a silicon terminated (111) diamond surface. Low energy electron diffraction and core level photoemission demonstrate that this surface is highly ordered and homogeneous and possesses a negative electron affinity. Our analysis suggests that the surface reconstruction begins with the formation of silicon trimers that coalesce into a rhombohedral 2D silicon layer reminiscent of rhombohedral silicene.
References
1.
R.
Schirhagl
, K.
Chang
, M.
Loretz
, and C. L.
Degen
, Annu. Rev. Phys. Chem.
65
, 83
(2014
).2.
M.
Loretz
, S.
Pezzagna
, J.
Meijer
, and C.
Degen
, Appl. Phys. Lett.
104
, 033102
(2014
).3.
G.
Balasubramanian
, A.
Lazariev
, S. R.
Arumugam
, and D.-W.
Duan
, Curr. Opin. Chem. Biol.
20
, 69
(2014
).4.
Y.
Wu
, F.
Jelezko
, M. B.
Plenio
, and T.
Weil
, Angew. Chem., Int. Ed.
55
, 6586
(2016
).5.
W.
Yang
and R. J.
Hamers
, Appl. Phys. Lett.
85
, 3626
(2004
).6.
I.
Lovchinsky
, A.
Sushkov
, E.
Urbach
, N. P.
de Leon
, S.
Choi
, K.
De Greve
, R.
Evans
, R.
Gertner
, E.
Bersin
, C.
Müller
et al, Science
351
, 836
(2016
).7.
N.
Xu
and S. E.
Huq
, Mater. Sci. Eng. R: Rep
48
, 47
(2005
).8.
K.
Okano
, S.
Koizumi
, S. R. P.
Silva
, and G. A.
Amaratunga
, Nature
381
, 140
(1996
).9.
M.
Geis
, N.
Efremow
, J.
Woodhouse
, M.
McAleese
, M.
Marchywka
, D.
Socker
, and J.
Hochedez
, IEEE Electron Device Lett.
12
, 456
(1991
).10.
G.
Akhgar
, D. L.
Creedon
, L. H.
Willems van Beveren
, A.
Stacey
, D. I.
Hoxley
, J. C.
McCallum
, L.
Ley
, A. R.
Hamilton
, and C. I.
Pakes
, Appl. Phys. Lett.
112
, 042102
(2018
).11.
G.
Akhgar
, O.
Klochan
, L. H.
Willems van Beveren
, M. T.
Edmonds
, F.
Maier
, B. J.
Spencer
, J. C.
McCallum
, L.
Ley
, A. R.
Hamilton
, and C. I.
Pakes
, Nano Lett.
16
, 3768
(2016
).12.
M. T.
Edmonds
, L. H.
Willems van Beveren
, O.
Klochan
, J.
Cervenka
, K.
Ganesan
, S.
Prawer
, L.
Ley
, A. R.
Hamilton
, and C. I.
Pakes
, Nano Lett.
15
, 16
(2015
).13.
J.
Cai
, A.
Retzker
, F.
Jelezko
, and M. B.
Plenio
, Nat. Phys.
9
, 168
(2013
).14.
A.
Schenk
, A.
Tadich
, M.
Sear
, K. M.
O'Donnell
, L.
Ley
, A.
Stacey
, and C.
Pakes
, Appl. Phys. Lett.
106
, 191603
(2015
).15.
M. J.
Sear
, A. K.
Schenk
, A.
Tadich
, B. J.
Spencer
, C. A.
Wright
, A.
Stacey
, and C. I.
Pakes
, J. Phys.: Condens. Matter
29
, 145002
(2017
).16.
A.
Schenk
, M.
Sear
, A.
Tadich
, A.
Stacey
, and C.
Pakes
, J. Phys.: Condens. Matter
29
, 025003
(2017
).17.
A. K.
Schenk
, M. J.
Sear
, N.
Dontschuk
, A.
Tadich
, A.
Stacey
, and C. I.
Pakes
, “Fluorination of the silicon-terminated (100) diamond surface via decomposition of C60F48
” (unpublished).18.
M. J.
Sear
, A. K.
Schenk
, A.
Tadich
, A.
Stacey
, and C. I.
Pakes
, Phys. Status Solidi A
215
, 1800283
(2018
).19.
A.
Schenk
, A.
Tadich
, M.
Sear
, D.
Qi
, A.
Wee
, A.
Stacey
, and C.
Pakes
, Nanotechnology
27
, 275201
(2016
).20.
M. J.
Sear
, A. K.
Schenk
, A.
Tadich
, A.
Stacey
, and C. I.
Pakes
, Appl. Phys. Lett.
110
, 011605
(2017
).21.
R.
Xu
, N.
Gao
, H.
Li
, D.
Qiu
, Q.
Wang
, and S.
Cheng
, Phys. Chem. Chem. Phys.
20
, 21699
(2018
).22.
J.
Michl
, T.
Teraji
, S.
Zaiser
, I.
Jakobi
, G.
Waldherr
, F.
Dolde
, P.
Neumann
, M. W.
Doherty
, N. B.
Manson
, J.
Isoya
et al, Appl. Phys. Lett.
104
, 102407
(2014
).23.
E.
Neu
, P.
Appel
, M.
Ganzhorn
, J.
Miguel-Sánchez
, M.
Lesik
, V.
Mille
, V.
Jacques
, A.
Tallaire
, J.
Achard
, and P.
Maletinsky
, Appl. Phys. Lett.
104
, 153108
(2014
).24.
A.
Krueger
and D.
Lang
, Adv. Funct. Mater.
22
, 890
(2012
).25.
M.
Kaviani
, P.
Deak
, B.
Aradi
, T.
Frauenheim
, J.-P.
Chou
, and A.
Gali
, Nano Lett.
14
, 4772
(2014
).26.
S.
Sangtawesin
, B. L.
Dwyer
, S.
Srinivasan
, J. J.
Allred
, L. V.
Rodgers
, K.
De Greve
, A.
Stacey
, N.
Dontschuk
, K. M.
O'Donnell
, D.
Hu
et al, arXiv:1811.00144 (2018
).27.
A.
Stacey
, N.
Dontschuk
, J.-P.
Chou
, D. A.
Broadway
, A. K.
Schenk
, M. J.
Sear
, J.-P.
Tetienne
, A.
Hoffman
, S.
Prawer
, C. I.
Pakes
et al, Adv. Mater. Interfaces
6
, 1801449
(2019
).28.
R.
Graupner
, F.
Maier
, J.
Ristein
, L.
Ley
, and C.
Jung
, Phys. Rev. B
57
, 12397
(1998
).29.
R.
Hunger
, R.
Fritsche
, B.
Jaeckel
, W.
Jaegermann
, L. J.
Webb
, and N. S.
Lewis
, Phys. Rev. B
72
, 045317
(2005
).30.
D. A.
Shirley
, Phys. Rev. B
5
, 4709
(1972
).31.
R.
Graupner
, M.
Hollering
, A.
Ziegler
, J.
Ristein
, L.
Ley
, and A.
Stampfl
, Phys. Rev. B
55
, 10841
(1997
).32.
R.
Graupner
, J.
Ristein
, L.
Ley
, and C.
Jung
, Phys. Rev. B
60
, 17023
(1999
).33.
K.
Gao
, T.
Seyller
, and L.
Ley
, Solid State Commun.
139
, 370
(2006
).34.
K. M.
O'Donnell
, M. T.
Edmonds
, A.
Tadich
, L.
Thomsen
, A.
Stacey
, A.
Schenk
, C. I.
Pakes
, and L.
Ley
, Phys. Rev. B
92
, 035303
(2015
).35.
F.
Maier
, J.
Ristein
, and L.
Ley
, Phys. Rev. B
64
, 165411
(2001
).36.
T.
Frauenheim
, U.
Stephan
, P.
Blaudeck
, D.
Porezag
, H.-G.
Busmann
, W.
Zimmermann-Edling
, and S.
Lauer
, Phys. Rev. B
48
, 18189
(1993
).37.
J.
Lander
and J.
Morrison
, Surf. Sci.
4
, 241
(1966
).38.
M.
Sternberg
, T.
Frauenheim
, W.
Zimmermann-Edling
, and H.-G.
Busmann
, Surf. Sci.
370
, 232
(1997
).39.
G.
Kern
, J.
Hafner
, and G.
Kresse
, Surf. Sci.
366
, 464
(1996
).40.
A. K.
Schenk
, K. J.
Rietwyk
, A.
Tadich
, A.
Stacey
, L.
Ley
, and C. I.
Pakes
, J. Phys.: Condens. Matter
28
, 305001
(2016
).41.
L.
Ley
, Diamond Relat. Mater.
20
, 418
(2011
).© 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.