Ten protokół wyjaśnia, jak osadzać i manipulować cząsteczkami C60 na grafenie, tak aby można było zrealizować struktury łańcuchowe 1D i quasi-1D C60. Techniki użyte w tym eksperymencie zostały opracowane w celu zaspokojenia potrzeby kierowania adsorbatów do pożądanych konfiguracji bez konieczności polegania na ręcznej manipulacji, która jest powolna i może wymagać dużego wysiłku. Opisane tutaj procedury opierają się na zastosowaniu systemu wysokiej próżni z obszarem przygotowania próbki zdolnym do wspomagania osadzania molekularnego i wyżarzania termicznego próbek. Do charakteryzowania próbek stosuje się STM, ale można zastosować inne techniki rozdzielczości molekularnej.
Termiczne odparowanie cząsteczek w komórce Knudsena to efektywny i czysty sposób na przygotowanie cienkich warstw. W tym protokole komórka Knudsena jest używana do odparowania cząsteczek C60 na podłoże grafenowe. Ten parownik ogniw Knudsena składa się głównie z rurki kwarcowej, żarnika grzewczego, przewodów termopary i przepustów1,2,3. Rurka kwarcowa służy do umieszczania cząsteczek, żarnik wolframowy podgrzewa cząsteczki w rurze kwarcowej za pomocą przyłożonego prądu, a druty termopary służą do pomiaru temperatury. W eksperymentach szybkość osadzania jest kontrolowana poprzez dostrojenie źródła temperatury w komórce Knudsena. Przewody termopary są przymocowane do zewnętrznej ścianki rurki kwarcowej i dlatego zazwyczaj mierzą temperaturę zewnętrznej ścianki, która nieznacznie różni się od temperatury wewnątrz komórki, w której znajduje się źródło molekularne. Aby uzyskać dokładną temperaturę w rurze kwarcowej, przeprowadziliśmy kalibrację przy użyciu dwóch konfiguracji termopar do pomiaru temperatur wewnątrz i na zewnątrz rurki i zarejestrowaliśmy różnicę temperatur. W ten sposób możemy dokładniej kontrolować temperaturę źródła podczas eksperymentów parowania molekularnego za pomocą przewodów termoparowych przymocowanych na zewnątrz rurki kwarcowej. Ponieważ niewielka ilość sublimowanych cząsteczek będzie znajdować się w fazie gazowej pod niższym ciśnieniem, gdy cząsteczki są odparowywane, zwykle następuje związana z tym zmiana ciśnienia. Dlatego uważnie monitorujemy zmianę ciśnienia w zamku ładunkowym.
Ten parownik może być używany do osadzania różnych źródeł molekuł, takich jak C60, C70, chlorek subftalocyjaniny boru, Ga, Al i Hg4,5,6,7,8. W porównaniu z innymi technikami przygotowania cienkich warstw, na przykład odlewaniem spinowym9,10,11, parowanie termiczne w wysokiej próżni jest znacznie czystsze i wszechstronne, ponieważ do osadzania nie jest wymagany rozpuszczalnik. Ponadto proces odgazowania przed osadzaniem poprawia czystość źródła, eliminując ewentualne zanieczyszczenia.