Graphene induced effects on epitaxial Cr2O3 thin films grown on a Ni(111) substrate

Cr2O3 ultra-thin films have been epitaxially grown on a Ni(111) and on a graphene covered Ni(111) surface. The chemical properties of the sam- ples have been studied by means of Auger Electron Spectroscopy and X-ray Photoelectron Spectroscopy. The lattice structure, surface topography and electronic properties of the Cr2O3 films have been elucidated by means of Low Energy Electron Diffraction, Scanning Tunneling Microscopy and Spec- troscopy, respectively. The graphene layer remains buried at the Cr2O3/Ni(111) interface, pro- tecting the substrate from oxidation. On the other hand, when Cr2O3 is grown on the bare Ni substrate, a nickel oxide (NiO) film develops at the interface. The oxidation of the substrate in the graphene-free sample in- duces the development of a rough surface, while the Cr2O3 film grown on the graphene covered substrate retains a flat morphology. Furthermore, because of the smaller lattice parameter of graphene with respect to that of NiO, the Cr2O3 film experiences a different state of strain. A simple phenomenological model is proposed to relate the strain of Cr2O3 to the electronic properties of Cr2O3/Ni(111) and Cr2O3/Gr/Ni(111), which are insulating and metallic, respectively.

Film ultra sottili di Cr2O3 sono stati cresciuti su superfici di Ni(111) e Ni(111) ricoperto da grafene. Le proprietà chimiche dei campioni sono state studiate mediante spettroscopia elettronica Auger e spettroscopia fotoelettronica a raggi x. La struttura reticolare, la topografia della superficie e le proprietà elettroniche sono state investigate rispettivamente tramite diffrazione elettronica a bassa energia, microscopia e spettroscopia a effetto tunnel. Il grafene rimane sepolto all'interfaccia Cr2O3/Ni(111), proteggendo il substrato dall'ossidazione. Quando invece il Cr2O3 viene cresciuto sul Ni pulito, uno strato di ossido (NiO) si forma all'interfaccia. L'ossidazione del substrato nel campione privo di grafene provoca lo sviluppo di una superficie rugosa, mentre nel caso di substrato ricoperto da grafene il film di Cr2O3 mantiene una morfologia piatta. Inoltre, siccome il parametro reticolare del grafene è più piccolo rispetto a quello di NiO, il film di Cr2O3 è soggetto a una diversa deformazione. Un semplice modello fenomenologico viene presentato per relazionare la deformazione del Cr2O3 alle proprietà elettroniche di Cr2O3/Ni(111) e Cr2O3/Gr/Ni(111), che sono rispettivamente isolanti e metalliche.