Механизмы вращения единичной молекулы ацетилена на поверхности меди Cu(001) при помощи СТМ

Видео

Аннотация

В последние десятилетия были разработаны способы управления единичными адсорбированными молекулами с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СTM). Речь идет, по-существу, о химии единичных молекул и нанотехнологиях предельного разрешения.

Пионерские эксперименты были выполнены в 1990–2002 годах: это перемещение и пересадка атомов ксенона с подложки на иглу СТМ и обратно [1,2], вращение димеров сурьмы на поверхности кремния [3], диссоциация молекул кислорода на Pt(111) [4], вращение ацетилена на Cu(001) [5], перемещение CO на Pd(111) [6].

Физические механизмы, ответственные за молекулярные манипуляции при помощи СTM, были поняты достаточно быстро [7], за исключением лишь вращения ацетилена [5], механизмы которого долгое время оставались непонятными.

Мы провели расчеты методами функционала плотности и диаграммной техники Келдыша, идентифицировали колебательные моды адсорбированной молекулы ацетилена, ответственные за вращение и их ангармоническое взаимодействие, объяснили обнаруженное в [5] существование двух порогов вращения по приложенному к игле СТМ напряжения, а также механизмы линейного и нелинейного по туннельному току вращения ацетилена на Cu(001) [8].

Кроме того, мы смогли наглядно объяснить изотоп-эффекты при вращении, возникающие вследствие замены водорода в молекуле ацетилена на дейтерий, С₂Н₂ — C₂D [9].

1. D. M. Eigler & E. K. Schweizer, Nature 344, 524 (1990).
2. D. M. Eigler, C. P. Lutz, and W. E. Rudge, Nature 352, 600 (1991).
3. Y. W. Mo, Science 261, 886 (1993).
4. B. C. Stipe et al., Phys. Rev. Lett. 78, 4410 (1997).
5. B. C. Stipe, M. A. Rezaei, and W. Ho, Phys. Rev. Lett. 81, 1263 (1998).
6. T. Komeda et al., Science 295, 2055 (2002).
7. H. Ueba, S. G. Tikhodeev, and B. N. J. Persson, в книге "Current-Driven Phenomena in Nanoelectronics", ed. T. Seideman (Pan Stanford Publishing Pte. Ltd., Ch. 2, pp. 26–89 (2011).
8. Y. E. Shchadilova, S. G. Tikhodeev, M. Paulsson, and H. Ueba, Phys. Rev. Lett. 111, 186102 (2013).
9. Y. E. Shchadilova, S. G. Tikhodeev, M. Paulsson, and H. Ueba, Phys. Rev. B 89, 165418 (2014).