We investigate hydrogen desorptions from monolayer and multilayer graphane analogs, namely, silicane (SiH) and germanane (GeH), by the first-principles calculations. It is found from the calculated pressure–temperature diagrams of the monolayer and multilayer SiH and GeH crystals that the hydrogen atoms can be removed by heating and reducing hydrogen partial pressure. We also perform thermal-desorption-spectroscopy measurements for the multilayer crystals in order to demonstrate the validity of the theoretical calculations, and it turns out that the theoretical results are worth believing. Our theoretical results for monolayer SiH/GeH crystals indicate monolayer SiH and GeH crystals possess high potential to find their application as a precursor to free-standing monolayer silicene and germanene, respectively.
REFERENCES
1.
K.
Takeda
and K.
Shiraishi
, Phys. Rev. B
50
, 14916
(1994
). 2.
M.
Ezawa
, New J. Phys.
14
, 033003
(2012
). 3.
A.
Yamakage
, M.
Ezawa
, Y.
Tanaka
, and N.
Nagaosa
, Phys. Rev. B
88
, 085322
(2013
). 4.
Z.-X.
Guo
, S.
Furuya
, J.
Iwata
, and A.
Oshiyama
, J. Phys. Soc. Jpn.
82
, 063714
(2013
). 5.
S.
Cahangirov
, M.
Audiffred
, P.
Tang
, A.
Iacomino
, W.
Duan
, G.
Merino
, and A.
Rubio
, Phys. Rev. B
88
, 035432
(2013
). 6.
Z.-G.
Shao
, X.-S.
Ye
, L.
Yang
, and C.-L.
Wang
, J. Appl. Phys.
114
, 093712
(2013
). 7.
M. X.
Chen
and M.
Weinert
, Nano Lett.
14
, 5189
(2014
). 8.
T.
Gunst
, T.
Markussen
, K.
Stokbro
, and M.
Brandbyge
, Phys. Rev. B
93
, 035414
(2016
). 9.
A.
Hattori
, S.
Tanaya
, K.
Yada
, M.
Araidai
, M.
Sato
, Y.
Hatsugai
, K.
Shiraishi
, and Y.
Tanaka
, J. Phys. Condens. Matter
29
, 115302
(2017
). 10.
M.
Araidai
, M.
Kurosawa
, A.
Ohta
, and K.
Shiraishi
, Jpn. J. Appl. Phys.
56
, 095701
(2017
). 11.
A.
Hattori
, K.
Yada
, M.
Araidai
, M.
Sato
, K.
Shiraishi
, and Y.
Tanaka
, J. Phys. Condens. Matter
31
, 105302
(2019
). 12.
C.-L.
Lin
, R.
Arafune
, K.
Kawahara
, N.
Tsukahara
, E.
Minamitani
, Y.
Kim
, N.
Takagi
, and M.
Kawai
, Appl. Phys. Express
5
, 045802
(2012
). 13.
H.
Jamgotchian
, Y.
Colignon
, N.
Hamzaoui
, B.
Ealet
, J. Y.
Hoarau
, B.
Aufray
, and J. P.
Bibérian
, J. Phys. Condens. Matter
24
, 172001
(2012
). 14.
P.
Vogt
, P.
De Padova
, C.
Quaresima
, J.
Avila
, E.
Frantzeskakis
, M. C.
Asensio
, A.
Resta
, B.
Ealet
, and G.
Le Lay
, Phys. Rev. Lett.
108
, 155501
(2012
). 15.
M.
Kurosawa
, A.
Ohta
, M.
Araidai
, and S.
Zaima
, Jpn. J. Appl. Phys.
55
, 08NB07
(2016
). 16.
B.
Aufray
, A.
Kara
, S.
Vizzini
, H.
Oughaddou
, C.
Léandri
, B.
Ealet
, and G.
Le Lay
, Appl. Phys. Lett.
96
, 183102
(2010
). 17.
P.
De Padova
, C.
Quaresima
, C.
Ottaviani
, P. M.
Sheverdyaeva
, P.
Moras
, C.
Carbone
, D.
Topwal
, B.
Olivieri
, A.
Kara
, H.
Oughaddou
, B.
Aufray
, and G.
Le Lay
, Appl. Phys. Lett.
96
, 261905
(2010
). 18.
A.
Fleurence
, R.
Friedlein
, T.
Ozaki
, H.
Kawai
, Y.
Wang
, and Y.
Yamada-Takamura
, Phys. Rev. Lett.
108
, 245501
(2012
). 19.
L.
Li
, S.-Z.
Lu
, J.
Pan
, Z.
Qin
, Y.-Q.
Wang
, Y.
Wang
, G.-Y.
Cao
, S.
Du
, and H.-J.
Gao
, Adv. Mat.
26
, 4820
(2014
). 20.
M. E.
Dávila
, L.
Xian
, S.
Cahangirov
, A.
Rubio
, and G.
Le Lay
, New J. Phys.
16
, 095002
(2014
). 21.
M.
Derivaz
, D.
Dentel
, R.
Stephan
, M.-C.
Hanf
, A.
Mehdaoui
, P.
Sonnet
, and C.
Pirri
, Nano Lett.
15
, 2510
(2015
). 22.
M.
Kobayashi
, A.
Ohta
, M.
Kurosawa
, M.
Araidai
, N.
Taoka
, T.
Simizu
, M.
Ikeda
, K.
Makihara
, and S.
Miyazaki
, Jpn. J. Appl. Phys.
59
, SGGK15
(2020
). 23.
K.
Ito
, A.
Ohta
, M.
Kurosawa
, M.
Araidai
, M.
Ikeda
, K.
Makihara
, and S.
Miyazaki
, Jpn. J. Appl. Phys.
57
, 06HD08
(2018
). 24.
J.
Yuhara
, H.
Shimazu
, K.
Ito
, A.
Ohta
, M.
Araidai
, M.
Kurosawa
, M.
Nakatake
, and G.
Le Lay
, ACS Nano
12
, 11632
–11637
(2018
). 25.
F.-F.
Zhu
, W.-J.
Chen
, Y.
Xu
, C.-L.
Gao
, D.-D.
Guan
, C.-H.
Liu
, D.
Qian
, S.-C.
Zhang
, and J.-F.
Jia
, Nat. Mater.
14
, 1020
(2015
). 26.
J.
Yuhara
, Y.
Fujii
, K.
Nishino
, N.
Isobe
, M.
Nakatake
, L.
Xian
, A.
Rubio
, and G.
Le Lay
, 2D Mater.
5
, 025002
(2018
). 27.
W.
Pang
, K.
Nishino
, T.
Ogikubo
, M.
Araidai
, M.
Nakatake
, G.
Le Lay
, and J.
Yuhara
, Appl. Surf. Sci.
517
, 146224
(2020
). 28.
J.
Yuhara
, B.
He
, N.
Matsunami
, M.
Nakatake
, and G.
Le Lay
, Adv. Mater.
31
, 1901017
(2019
). 29.
L.
Tao
, E.
Cinquanta
, D.
Chiappe
, C.
Grazianetti
, M.
Fanciulli
, M.
Dubey
, A.
Molle
, and D.
Akinwande
, Nat. Nanotechnol.
10
, 227
(2015
). 30.
E.
Bianco
, S.
Butler
, S.
Jiang
, O. D.
Restrepo
, W.
Windl
, and J. E.
Goldberger
, ACS Nano
7
, 4414
(2013
). 31.
S.
Jiang
, M. Q.
Arguilla
, N. D.
Cultrara
, and J. E.
Goldberger
, Acc. Chem. Res.
48
, 144
–151
(2015
). 32.
N. D.
Cultrara
, Y.
Wang
, M. Q.
Arguilla
, M. R.
Scudder
, S.
Jiang
, W.
Windl
, S.
Bobev
, and J. E.
Goldberger
, Chem. Mater.
30
, 1335
–1343
(2018
). 33.
R.
Yaokawa
, A.
Nagoya
, K.
Mukai
, and H.
Nakano
, Acta Mater.
151
, 347
(2018
). 34.
S.
Md. Pratik
, A.
Nijamudheen
, and A.
Datta
, Chem. Eur. J.
21
, 18454
–18460
(2015
). 35.
J. R.
Young
, B.
Chitara
, N. D.
Cultrara
, M. Q.
Arguilla
, S.
Jiang
, F.
Fan
, E.
Johnston-Halperin
, and J. E.
Goldberger
, J. Phys. Condens. Matter
28
, 034001
(2016
). 36.
B.
Madhushankar
, A.
Kaverzin
, T.
Giousis
, G.
Potsi
, D.
Gournis
, P.
Rudolf
, G.
Blake
, C.
van der Wal
, and B.
van Wees
, 2D Mater.
4
, 021009
(2017
). 37.
J.
Wang
, J.
Li
, S.-S.
Li
, and Y.
Liu
, J. Appl. Phys.
114
, 124309
(2013
). 38.
Z.
Liu
, Y.
Dai
, Z.
Zheng
, and B.
Huang
, Catal. Commun.
118
, 46
–50
(2019
). 39.
B.
Mortazavia
, A.
Dianatb
, G.
Cunibertib
, and T.
Rabczuka
, Electrochim. Acta
213
, 865
–870
(2016
). 40.
A. C.
Serino
, J. S.
Ko
, M. T.
Yeung
, J. J.
Schwartz
, C. B.
Kang
, S. H.
Tolbert
, R. B.
Kaner
, B. S.
Dunn
, and P. S.
Weiss
, ACS. Nano.
11
, 7995
–8001
(2017
). 41.
G.
Kresse
and J.
Furthmüller
, Phys. Rev. B
54
, 11169
(1996
). 42.
G.
Kresse
and D.
Joubert
, Phys. Rev. B
59
, 1758
(1999
). 43.
W.
Kohn
, Rev. Mod. Phys.
71
, 1253
(1999
). 44.
P. E.
Blöchl
, Rev. Mod. Phys.
50
, 17953
(1994
). 45.
H.
Peng
, Z.-H.
Yang
, J. P.
Perdew
, and J.
Sun
, Phys. Rev. X
6
, 041005
(2016
).46.
J.
Sun
, A.
Ruzsinszky
, and J. P.
Perdew
, Phys. Rev. Lett.
115
, 036402
(2015
). 47.
R.
Sabatini
, T.
Gorni
, and S.
de Gironcoli
, Phys. Rev. B
87
, 041108
(2013
). 48.
K.
Momma
and F.
Izumi
, J. Appl. Crystallogr.
44
, 1272
(2011
). 49.
Y.
Kangawa
, T.
Ito
, A.
Taguchi
, K.
Shiraishi
, and T.
Ohachi
, Suf. Sci.
493
, 178
(2001
). 50.
T.
Tadano
, Y.
Gohda
, and S.
Tsuneyuki
, J. Phys.: Condens. Matter
26
, 225402
(2014
). 51.
We have obtained the - diagrams taking into accout the vibrational contributions by the DFT within the PBE-type functional without vdW interactions. Then, points shift to the low-temperature side by 105 C ( Pa) and 206 C ( Pa) for the single-layer SiH and by 187 C ( Pa) and 260 C ( Pa) for the single-layer GeH.
52.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3865
(1996
). 53.
S.
Rivillon
, Y. J.
Chabal
, F.
Amy
, and P.
Pianetta
, Appl. Phys. Lett.
87
, 253101
(2005
). 54.
D.-H.
Lee
, K.
Kubo
, T.
Kanashima
, and M.
Okuyama
, Jpn. J. Appl. Phys.
51
, 04DA06
(2012
). 55.
E.
Akiba
and H.
Iba
, Intermetallics
6
, 461
(1998
). © 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.
