Resumen de Development of Graphene Atomic Mirrors for Neutral Helium Microscopy
En esta tesis se ha investigado el diseño de espejos atómicos capaces de enfocar átomos de helio en estado fundamental. Estos espejos representan un elemento fundamental en el desarrollo de un nuevo tipo de microscopio de átomos neutros (NEMI) que emplea un haz de átomos de helio para obtener imágenes de la superficie de una determinada muestra.
La primera parte de este trabajo describe en detalle dos novedosos métodos desarrollados para depositar grafeno sobre sustratos de zafiro en condiciones de ultra alto vacío, usando para ello cobre como catalizador. Se aporta también una primera caracterización de las características estructurales y dinámicas de este sistema grafeno – sustrato, usando para ello HAS, AFM, Raman y transmisión óptica. A partir de las medidas HAS se ha obtenido la primera determinación experimental de la estructura ordenada formada por el grafeno sobre zafiro, así como la dispersión del modo fonónico llamado flexural mode (ZA). Su alta reflectividad (6,5%) junto a los dominios ordenados (del orden de micrones) y la estabilidad en condiciones normales hacen de este sistema un candidato excelente para ser usado como espejo atómico. De hecho, a pesar de que el estudio se ha limitado a muestras planas los resultados pueden ser extrapolados sin problemas a muestras con zafiro curvo.
Una de las dos opciones estudiadas para construir un espejo atómico curvo ha sido el uso de cristales delgados flexibles que puedan ser doblados mediante la aplicación de un campo electrostático. Para ello se ha investigado el grado de reflectividad de cristales de Cu(111), Ni(111) y Ru(0001) con espesores de entre 50 y 150 μm, así como de películas delgadas de Ru(0001) y Ni(111) sobre sustratos de mica. Se han obtenido resultados notables para el caso de los cristales delgados de Cu(111) (100 μm), que han revelado una muy alta reflectividad especular (20%) y una alta cristalinidad (del orden de los 200 nm). Más aún, los cristales han sido efectivamente curvados a través de un campo electrostático, lo que ha permitido enfocar átomos de helio y alcanzar una intensidad especular absoluta hasta dos órdenes de magnitud mayores que las reportadas previamente.
La segunda opción explora una vía pionera en la producción de espejos atómicos a través del recubrimiento de superficies curvas. Se han depositado películas delgadas de Ru sobre sustratos curvos de vidrio y zafiro, a continuación estas películas se han pasivado mediante la deposición de una monocapa de grafeno. Se han aplicado técnicas de pulido láser a los sustratos de vidrio usados, lo que asegura una mejora en la calidad de la superficie del recubrimiento metálico, lo que a su vez conlleva una reflexión especular más alta. Esto ha permitido observar picos de difracción de helio sobre películas delgadas depositadas en sustratos amorfos. El mejor resultado se ha obtenido para el Ru(0001) pasivado con grafeno y depositado sobre zafioro curvo, para el que la calidad de la superficie es comparable con la medida para grafeno plano depositado sobre un monocristal de Ru(0001).
Por último, el trabajo se ha completado con un investigación sistemática de la dispersión elástica e inelástica de Ne por muestras de Gr/Ru(0001) y Ru(0001) para evaluar la posibilidad de emplear haces de Ne como sonda en microscopios neutros, dada su alta sensibilidad a las irregularidades de la superficie. Las medidas de HAS para régimen clásico del sistema se han comparado con los cálculos teóricos elaborados usando el modelo de superficie lisa (smooth Surface model). Esta comparación muestra un buen ajuste entre las características multi-fonón esperadas y detectadas.
