Forskere identificerer buckybowl -struktur

Forskere ved Tokyo Institute of Technology har identificeret adlayer-strukturen af ​​sumanene buckybowl på Au(111) og afsløret dens unikke skålinversionsadfærd.

Buckybowls, betragtes som et fragment af Buckminsterfullerene, er skålformede strukturelt fleksible π-konjugerede forbindelser, der udviser unik koordinationskemi, som muliggør dannelsen af ​​stabile adlayers på overflader af Au(111); disse systemer tjener som vigtige modeller til at studere de elektroniske egenskaber af metal-molekyle-grænseflader.

Buckybowls, såsom corannulene og sumanen, udviser en karakteristisk opførsel af skål-til-skål inversion i opløsning. I særdeleshed, på grund af inversionen af ​​den skålformede kulstofstamme, buckybowls på metaloverflader har en ekstra grad af frihed med deres bowl-up og bowl-down-konformationer. Selvom inversionsbarrieren for sumanen er blevet rapporteret, dynamiske egenskaber ved skålinversion på en overflade er endnu ikke klarlagt.

Forskere ved Tokyo Institute of Technology har med succes rapporteret dannelsen af ​​et tæt pakket enkelt lag af sumanen, som let selvorganiserer sig for at danne et enkelt adlayer. Scanning af tunnelmikroskopi (STM) og ab initio-beregninger viste klart dannelsen af ​​et velordnet monolag, indikerer betydelig interaktion ikke kun mellem sumanen og metalsubstratet, men også mellem molekyler.

Interessant nok, elektronisk energiberegning afslørede, at bowl-up-tilstanden er mere stabil end bowl-down-tilstand med 0,1-0,8 eV, med en aktiveringsbarriere på 0,8 eV, hvilket indikerer, at sumanen-adlaget består af en fuldstændig enkeltfase med den energetisk gunstige bowl-up-konformation. Den unikke skålformede struktur af sumanen gør det muligt at skifte mellem to diskrete tilstande af skål-op- og skål-ned-konformation. STM-resultater viste, at skålinversion observeres at være induceret af, at en STM-spids nærmer sig sumanen, og aktiveringsbarrieren blev reduceret via tilgangen af ​​dette Au tip, bekræfter, at lokal interaktion udløser inversion. I øvrigt, ved at tune en sådan lokal metal-molekyle-interaktion ved hjælp af STM-spidsen, sumanene buckybowl udviser strukturel bistabilitet, hvor omskiftningshastigheden er to størrelsesordener hurtigere end den for den stokastiske inversionsproces.

Denne strukturelle switch af overfladeadsorberet sumanen kan give ny indsigt i driftsprincipperne for mekano-elektroniske switches og hukommelse i energibesparende elektroniske enheder, som vinder udbredt popularitet.