Искусственная решетка

Искусственная решетка — это термин, охватывающий все структуры атомного масштаба, разработанные и контролируемые для ограничения электронов на выбранной решетке. Исследования проводились по нескольким геометриям, и одной из самых примечательных является то, что называется молекулярным графеном (для имитации структуры графена ). Молекулярный графен является частью двумерных искусственных решеток.

Искусственные решетки могут быть изучены для проверки теоретических топологических предсказаний или для их инженерных электронных свойств. Эти материалы все еще должны рассматриваться на стадии исследования.

Синтез таких материалов часто достигается с помощью атомной манипуляции с помощью сканирующего туннельного микроскопа или атомно-силового микроскопа . ^[1] Все больше усилий предпринимается для достижения аналогичной атомной точности с помощью сфокусированных электронных пучков. ^[2] Эти методы не адаптированы для массового производства наноструктур, поскольку каждая молекула должна перемещаться одна за другой. Чтобы решить эту проблему, исследуются новые методы синтеза этих соединений, такие как химический синтез снизу вверх. ^[1]

В настоящее время существует несколько методов синтеза таких материалов, часто взаимодополняющих:

• Формирование структуры расширения электронного газа: этот метод используется, когда решетка строится из адсорбатов на поверхностях Cu(111).
• Использование локализованных орбиталей из атомных позиций.

В случае молекулярного графена можно использовать молекулы оксида углерода на поверхности Cu(111) . Было показано, что другие материалы подходят для изготовления молекулярного графена, например, Coronene . ^[3] Такие субстраты, как Cu(111), интересны тем, что они имеют двумерное состояние поверхности, подобное свободным электронам. Если молекулы CO поместить в соответствующие положения, поскольку поверхностное состояние Cu(111) рассеивается молекулами CO, электронный газ поверхностного состояния может быть ограничен различными геометриями (например, сотами).

Основной интерес искусственной решетки заключается в том, что ее свойства решетки (такие как шаг решетки) можно точно контролировать. В случае молекулярного графена сходство в структуре с графеном может обеспечить косвенный способ изучения свойств графена. Используя триаксиальную деформацию ^[2] , можно изучить, как графен реагирует на интенсивные магнитные поля. Эта деформация (создавая то, что называется псевдомагнитным полем) изменит электронную структуру молекулы таким же образом, как это сделало бы магнитное поле. С помощью этого метода мы можем изучить, как графен будет реагировать на поле до 60 Т. ^[4]

Некоторые искусственные решетки, такие как молекулярный графен, также демонстрируют поведение полупроводников. PNP-переходы могут быть созданы путем сопоставления двух искусственных графеновых решеток с различным шагом решетки. Действительно, уровень Ферми молекулярного графена напрямую связан с его шагом решетки. ^[1]

Было исследовано и создано множество геометрий для искусственных решеток. Вот некоторые из этих геометрий:

• Графен ^[1]
• Решетки Либа ^[1]
• Треугольник Серпинского ^[1]
• Мозаика Пенроуза ^[4]
• Решетка Кагоме ^[1]
• Решетка Кекуле ^[1]

Некоторые из этих геометрий имеют нецелую размерность Хаусдорфа , поскольку они являются фракталами. Эти размеры могут быть аппроксимированы с использованием методов подсчета ящиков . Это измерение будет определять, как электроны искусственной решетки будут вести себя и двигаться в пространстве. ^[1]

• Двумерные материалы
• Графен
• Сканирующий туннельный микроскоп
• Атомная манипуляция

1. ^ Синтез снизу вверх — это химические процессы, используемые в нанотехнологиях для создания наночастиц. Принцип заключается в том, чтобы начать с атомов, затем собрать их в кластеры атомов, которые в конечном итоге будут объединены в наночастицы.

2. ^ Триаксиальная деформация получена в молекулярном графене с изменением расположения молекул.