Роль приповерхностной области объема подложки в двумерном фазовом переходе, приводящем к росту однослойного графена: система Pt–C

Предложен и экспериментально проверен новый подход к росту и разрушению графена за счет двумерного фазового перехода 1-го рода типа конденсации на металлах, растворяющих углерод. Показано, что этот процесс невозможно корректно описать, учитывая только собственно поверхностные фазы: графен и хемосорбированный углерод, как это было предложено ранее для иридия – единственного металла, не растворяющего атомы С в объеме. Однако описание становится корректным, если учитывать как атомы углерода на поверхности, так и атомы С, растворенные в объеме металла и находящиеся с поверхностным углеродом в состоянии равновесия. На примере системы “графен–Pt (111)” показана тесная взаимозависимость критической концентрации углерода на поверхности $N_{s\,\text{cr}}$ и в объеме $N_{b\,\text{cr}}$ при фазовом переходе с образованием островков графена. Впервые определены зависимости $N_{s\,\text{cr}}$ и $N_{b\,\text{cr}}$ в широкой области температур; например, при $T= 1770\,$K $N_{s\,\text{cr}} = 3.0\cdot10^{13}\,$см$^{-2}$, а $N_{b\,\text{cr}} = 3.5\cdot10^{19}\,$см$^{-3}$.