Microsc. Microanal. Microstruct. 2, 465-473 (1991)
DOI: 10.1051/mmm:0199100204046500

STM of CrCl3-graphite intercalation compounds: Islands, graphite in-plane defects

Philippe Biensan¹, Jean-Claude Roux¹, Hassan Saadaoui² et Serge Flandrois<sup>2

1</sup>  Centre de Recherche Paul Pascal, Château Brivazac, 33600 Pessac, France
²  ENS of Thkkadoum, Rabat, Maroc

Abstract
Samples of stage-2 chromium chloride graphite intercalation compounds have been studied by Scanning Tunneling Microscopy (STM) with atomic resolution. Due to the existence of Daumas-Herold domains with one and two graphite layers on the guest layer closest to the surface, which exhibit different STM images, the first direct evidence is given for the existence of small intercalated islands. The island shape is shown to be very complicated. In addition, a new kind of defects has been observed in some images, where extra carbon atoms give rise to the presence of heptagons and triangles inside the hexagonal lattice of the carbon layers. These defects could be responsible for the well known particular chemical properties of Kish graphite and for the shift of its Fermi level relative to pristine graphite, as deduced from magnetic susceptibility experiments.

Résumé
La microscopie à effet tunnel (STM) a été utilisée pour étudier les composés d'insertion graphite-CrCl3 de stade-2. Deux types de domaines, montrant des images différentes en STM, peuvent être reliés aux domaines de Daumas-Herold avec un et deux plans de graphite, respectivement, recouvrant le plan intercalé le plus proche de la surface. Pour la première fois, l'existence d'îlots de petite taille est démontrée. Cette étude montre que la forme des îlot est très compliquée. Enfin, des défauts ont été observés dans les plans de carbone, et sont interprétés comme des atomes interstitiels dans les plans. Ceux-ci créent des cycles à sept et trois atomes dans les plans de symétrie hexagonale. Ces défauts pourraient être responsables des propriétés chimiques particulières bien connues du graphite Kish, et du déplacement de son niveau de Fermi par rapport au graphite pur, que mettent en évidence des mesures de susceptibilité magnétique.

PACS
6837E - Scanning tunneling microscopy (including chemistry induced with STM).
6865A - Multilayers.
6172 - Defects and impurities in crystals; microstructure.

Key words
STM -- Magnetic susceptibility -- Island structure -- Graphite intercalation compounds -- Plane defects -- Temperature dependence -- Fermi level -- Density of states -- Chromium chlorides -- Daumas-Herold domains -- C -- CrCl3 -- Cl Cr


© EDP Sciences 1991