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.

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
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.