СТМ позволяет визуализировать взаимодействие многих тел
 бора." alt="Схематическое изображение молекулы фталоцианина кобальта, адсорбированной на подложке из нитрида бора. (кликните картинку для увеличения)">Схематическое изображение молекулы фталоцианина кобальта, адсорбированной на подложке из нитрида бора. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Коллективные эффекты, которые являются результатом взаимодействия электронов между собой, как правило, игнорируются при традиционной интерпретации экспериментов. Но во многих случаях, по мнению совместной группы ученых из Aalto University (Финляндия) и University of Zurich (Швейцария), этим взаимодействием нельзя пренебрегать. Оно важно, к примеру, в молекуле фталоцианина кобальта, которую изучала научная группа. В этой молекуле данный тип взаимодействий позволяет повысить проводимость (а проводимость напрямую связана с тем, как вещество может использоваться в электронных и оптоэлектронных устройствах).
Так называемые «многочастичные» эффекты возникают при взаимодействии большого количества частиц, таких как электроны. При этом свойства такой системы нельзя изучить, рассматривая обособлено одно взаимодействие или невзаимодействующие частицы. До сих пор подобные явления часто наблюдались в молекулярных системах, но их сложно было изучить на экспериментах.
Упомянутая научная группа изучала образцы при помощи сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Методика подразумевает пропускание небольшого тока между острым наконечником зонда и проводящим образом, что позволяет измерять структурные и электронные свойства поверхности образца с атомарным разрешением. Ученые использовали СТМ для измерения тока, проходящего через одну молекулу фталоцианина кобальта на подложке. При инжекции в молекулу электроны занимают орбитали, которые определяют энергию и форму их квантово-механической волновой функции. Метод позволяет измерить энергию этих орбиталей через изучение зависимости тока через молекулу от приложенного напряжения. После чего возможно получить их изображение в реальном пространстве, измеряя ток при движении с определенным фиксированным напряжением вдоль молекулы.
К своему удивлению исследователи обнаружили, что зафиксированные ими данные не укладываются в традиционную интерпретацию СТМ-экспериментов, проводимых на одиночных молекулах. По их мнению, связано это с тем, что измерения локальной плотности состояний отдельных молекул в таких экспериментах, как правило, интерпретируется в терминах «одночастичных» орбиталей. Эта картина качественно не учитывает резонансов в туннельных спектрах различных зарядовых состояний молекулы фталоцианина кобальта (в результате на эксперименте исследователи видели дополнительные особенности на графиках).
Ключом к пониманию полученного результата, по мнению исследователей, является учет электрон-электронного взаимодействия, которым, как правило, пренебрегают при интерпретации данных. Для доказательства этого предположения члены команды рассчитали электронные свойства молекулы фталоцианина кобальта при помощи вычислительной техники с учетом электрон-электронного взаимодействия. В результате предсказанные теорией результаты полностью совпали с данными, полученными на практике. Это обеспечивает полное экспериментальное подтверждение идеи о необходимости учета «многочастичных» эффектов.
Конечной целью ученых является более глубокое понимание электронных свойств молекул, ведь различные электронные эффекты в органических материалах могут иметь важное значение для всевозможных оптоэлектронных применений, в частности, при создании органических светоизлучающих диодов, органических полевых транзисторов и солнечных батарей. Также ученые отмечают, что необходима дальнейшая работа, направленная на выявление правил, позволяющих разделять молекулы на те, где многочастичные эффекты должны быть учтены, и те, где ими можно пренебречь.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nature Physics.
Также по теме:
- СТМ в основе солнечных батарей
- Новые наномагниты можно строить атом за атомом
- Наноустройства создаются при помощи льда
- Найден ответ на вопрос, почему работает новая техника отображения молекул
- Предложена новая техника отображения молекул
Источники: