Graphene holds promises for exploring exotic superconductivity with Dirac-like fermions. Making graphene a superconductor at large scales is however a long-lasting challenge. A possible solution relies on epitaxially-grown graphene, using a superconducting substrate. Such substrates are scarce, and usually destroy the Dirac character of the electronic band structure. Using electron diffraction (reflection high-energy, and low-energy), scanning tunneling microscopy and spectroscopy, atomic force microscopy, angle-resolved photoemission spectroscopy, Raman spectroscopy, and density functional theory calculations, we introduce a strategy to induce superconductivity in epitaxial graphene via a remote proximity effect, from the rhenium substrate through an intercalated gold layer. Weak graphene–Au interaction, contrasting with the strong undesired graphene–Re interaction, is demonstrated by a reduced graphene corrugation, an increased distance between graphene and the underlying metal, a linear electronic dispersion and a characteristic vibrational signature, both latter features revealing also a slight p doping of graphene. We also reveal that the main shortcoming of the intercalation approach to proximity superconductivity is the creation of a high density of point defects in graphene (10 ¹⁴ cm ⁻² ). Finally, we demonstrate remote proximity superconductivity in graphene/Au/Re(0001), at low temperature.

A broad variety of defects has been observed in two-dimensional materials. Many of these defects can be created by top–down methods such as electron irradiation or chemical etching, while a few of them are created along bottom–up processes, in particular during the growth of the material itself, in which case avoiding their formation can be challenging. This occurs e.g. with dislocations, Stone–Wales defects, or atomic vacancies in graphene. Here we address a defect that has been observed repeatedly since 2007 in epitaxial graphene on metal surfaces like Ru(0 0 0 1) and Re(0 0 0 1), but whose nature h666as remained elusive thus far. This defect has the appearance of a vacant hill in the periodically nanorippled topography of graphene, which comes together with a moiré pattern. Based on atomistic simulations and scanning tunneling microscopy/spectroscopy measurements, we argue that such defects are topological in nature and that their core is a stacking fault patch, either in graphene, surrounded by loops of non-hexagonal carbon rings, or in the underlying metal. We discuss the possible origin of these defects in relation with recent reports of metastable polycyclic carbon molecules forming upon graphene growth. Like other defects, the vacant hills may be considered as deleterious in the perspective of producing high quality graphene. However, provided they can be organized, they might also allow novel optical, spin, or electronic properties to be engineered.

Two-dimensional confinement of lattices produces a variety of order and disorder phenomena. When the confining walls have atomic granularity, unique structural phases are expected, of relevance in nanotribology, porous materials, or intercalation compounds where, e.g., electronic states can emerge accordingly. The interlayer’s own order is frustrated by the competing interactions exerted by the two confining surfaces. We revisit the concept of orientational ordering, introduced by Novaco and McTague to describe the twist of incommensurate monolayers on crystalline surfaces. We predict a two-way twist of the monolayer as its density increases. We discover such a behavior in alkali atom monolayers (sodium, cesium) confined between graphene and an iridium surface, using scanning tunneling microscopy and electron diffraction.

The 1-day fast-sampling orbit phase of the Surface Water Ocean Topography (SWOT) satellite mission provides a unique opportunity to analyze high-frequency sea-state variability and its implications for altimeter sea state bias (SSB) model development. Time series with 1-day repeat sampling of sea-level anomaly (SLA) and SSB input parameters—comprising the significant wave height (SWH), wind speed (WS), and mean wave period (MWP)—are constructed using SWOT’s nadir altimeter data. The analyses corroborate the following key SSB modelling assumption central to empirical developments: the SLA noise due to all factors, aside from sea state change, is zero-mean. Global variance reduction tests on the SSB model’s performance using corrected SLA differences show that correction skill estimation using a specific (1D, 2D, or 3D) SSB model is unstable when using short time difference intervals ranging from 1 to 5 days, reaching a stable asymptotic limit after 5 days. It is proposed that this result is related to the temporal auto- and cross-correlations associated with the SSB model’s input parameters; the present study shows that SSB wind-wave input measurements take time (typically 1–4 days) to decorrelate in any given region. The latter finding, obtained using unprecedented high-frequency satellite data from multiple ocean basins, is shown to be consistent with estimates from an ocean wave model. The results also imply that optimal time-differencing (i.e., >4 days) should be considered when building SSB model data training sets. The SWOT altimeter data analysis of the temporal cross-correlations also permits an evaluation of the relationships between the SSB input parameters (SWH, WS, and MWP), where distinct behaviors are found in the swell- and wind-sea-dominated areas, and associated time scales are less than or on the order of 1 day. Finally, it is demonstrated that computing cross-correlations between the SLA (with and without SSB correction) and the SSB input parameters offers an additional tool for evaluating the relevance of candidate SSB input parameters, as well as for assessing the performance of SSB correction models, which, so far, mainly rely on the reduction in the variance of the differences in the SLA at crossover points.

Croissance, structure et propriétés électroniques du graphène épitaxié sur rhénium, vers une plateforme bidimensionnelle et supraconductrice: La réalisation de structures hybrides à base de graphène, dans lesquelles le graphène est associé à d'autres matériaux, constitue une piste prometteuse pour l'étude de nombreux phénomènes. En particulier, il est possible de cette façon d'induire des propriétés dans le graphène via des effets de proximité. Ici, le système cible que nous avons considéré consiste en une plateforme de graphène quasi-flottant, au caractère supraconducteur induit, et qui est placée à proximité d'impuretés magnétiques. A la lecture d'articles théoriques parus récemment, il semble qu'un tel échantillon pourrait présenter des états de Yu-Shiba-Rusinov (YSR) non conventionnels.Bien que le système cible n'ait pas encore été fabriqué, les trois ingrédients nécessaires à sa réalisation (graphène quasi-flottant, caractère supraconducteur induit et proximité à des impuretés magnétiques) ont été abordés, et ce à l'aide d'outils de la science des surfaces.Comme cela a pu être démontré précédemment, le graphène peut être rendu supraconducteur lorsqu'il est crû directement sur un matériau supraconducteur tel que le rhénium. Des aspects structuraux liés au graphène crû sur Re(0001) ont été explorés. En particulier, nous avons montré qu'augmenter le nombre de cycles de recuit contribue positivement à la croissance de domaines de graphène étendus et de bonne qualité. La structure d'un carbure de surface du rhénium, habituellement mal comprise, a également fait l'objet d'une étude.De plus, nous avons examiné un défaut présent dans le graphène crû sur des métaux interagissant fortement, tels que le Re(0001) et le Ru(0001). Dans la structure ondulée à l'échelle nanométrique du graphène, ce défaut apparaît sous la forme d'une dépression. Sa présence a été attribuée à des défauts d'empilement se trouvant soit dans le graphène, soit dans le substrat métallique.En prenant le graphène supraconducteur crû sur Re(0001) comme point de départ pour la fabrication de notre système cible, nous avons recouvré le caractère quasi-flottant du graphène (perdu à cause de sa forte interaction avec le substrat de rhénium) via l'intercalation d'une sub-monocouche ou de quelques couches d'atomes d'or. La présence d'une forte densité de défauts, observée dans le graphène sur Re(0001) intercalé à l'or, a été attribuée au processus d'intercalation lui-même. Par ailleurs, nous avons démontré que le caractère supraconducteur du graphène, induit par le rhénium, n'est pas affecté par l'intercalation d'or. A ce stade, deux des trois conditions prévues pour la réalisation du système cible étaient remplies.A condition d'amener des impuretés magnétiques à proximité immédiate d'un tel échantillon, des états de YSR étendus sur plusieurs nanomètres devraient être observables. Des résultats préliminaires impliquant deux composés magnétiques de type verdazyl ont été présentés. L'un de ces deux composés fut déposé sur un système modèle : le Cu(111). Avant de considérer l'usage du graphène quasi-flottant et supraconducteur comme substrat-hôte de ces composés magnétiques, des études complémentaires sur des systèmes modèles sont nécessaires. Et pour cause, nous n'avons pas encore réussi à résoudre la structure exacte des assemblées moléculaires observées sur la surface de Cu(111) ; la stabilité thermique de ces composés a été mise en cause.