Molekyler danner 2-D mønstre, der aldrig før er observeret:Eksperimenter producerer undvigende 5-vertex fliser

Tessellationsmønstre, der har fascineret matematikere, siden Johannes Kepler udarbejdede deres systematik for 400 år siden – og som for nylig har fået øjnene op for både kunstnere og krystallografer – kan nu ses i laboratoriet. De tog først form på en overflade, der var mere perfekt todimensionel end et hvilket som helst ark skrivepapir, et enkelt lag af atomer og molekyler oven på et atomisk glat substrat. Fysikere lokkede disse såkaldte Kepler-fliser "på siden" gennem guidet selvsamling af nanostrukturer.

Forsøgene blev udført af postdoc-forsker David Ecija, Ph.d.-kandidat Jose Ignacio Urgel og kolleger i fysikafdelingen ved Technische Universitaet Muenchen (TUM), i samarbejde med forskere i Karlsruhe og Zürich. De rapporterede deres resultater i Procedurer fra National Academy of Sciences .

Resultater åbner en ny forskningslinje

Organiske molekyler udstyret med funktionelle grupper til at udtrykke distinkte bindinger til metalatomer blev deponeret på et glat sølvsubstrat under vakuumbetingelser. Efterfølgende blev det organiske lag på denne platform udsat for en atomstrøm af lanthanidcerium. Ved et vist forhold mellem ceriumatomer og molekyler, selvmontering producerede et symmetrisk komplekst 2-D mønster, som oprindeligt blev beskrevet af Kepler og i dag kendt som snub square flisebelægning. Tydeligt identificerbart gennem scanning tunneling mikroskopi var en tilbagevendende, fem-vertex forbindelseselement mindre end et nanometer på tværs, en cerium-ligand koordinationsenhed.

At det snub-firkantede flisemønster aldrig var blevet fremstillet og set på molekylært niveau ved at udnytte selvsamlingsprotokoller var interessant i sig selv. Udover det, fysikerne forklarer, enhver ny overfladearkitektur kunne potentielt åbne vejen for ny fysik og kemi, og indtil nu har fem-vertex-strukturer vist sig at være uhåndgribelige. I særdeleshed, det faktum, at lanthanidelementet cerium spillede en så central rolle, markerer dette som begyndelsen på en ny forskningslinje.

Det er første gang, TUM-forskerne – medlemmer af prof. Johannes Barths Institut for Molekylær Nanovidenskab og Chemical Physics of Interfaces – har koordineret molekyler med et lanthanid, og første gang nogen har gjort dette i 2-D. "Og lanthanider er specielle, David Ecija forklarer. "De har meget spændende optisk, magnetiske, og kemiske egenskaber, der kunne være interessante for nanovidenskab, og muligvis også til nanoteknologi. Nu har vi en ny legeplads for forskning med lanthaniderne, og videre."