金属原子如何将自己排列在绝缘体上

为了将来生产微小的电子存储器或传感器，必须能够在绝缘层上排列单个金属原子。比勒费尔德大学化学学院的科学家现在证明，这在室温下是可行的：含金属的化合物乙酸钼分子在绝缘体方解石上形成有序结构，而不会跳到其他位置或旋转。他们的发现发表在《自然通讯》杂志上。该工作是与来自凯泽斯劳滕，英国林肯和美因茨大学的研究人员合作完成的。

“到目前为止，将金属原子排列在绝缘体表面上一直很困难。在金属表面上更容易，但这对于电子元件的使用并没有太大好处，”物理化学I负责人AngelikaKühnle教授说。化学学院工作组。“这就是我们研究的特殊之处：我们找到了一种以格子状结构将金属原子排列在绝缘子上的方法。” 绝缘体是电子无法自由运动的材料，因此是非常差的电导体。

困难在于即使在室温下也无法牢固地锚定金属原子，而金属原子彼此之间不会相互吸引，跳转到其他位置或旋转。到目前为止，科学家们已经能够在非常低的温度下将小分子排列在绝缘子上，但在室温下它们却太易移动。较大的分子解决了迁移性的问题，但很快形成了簇。

对于他们的研究，Kühnle和她的工作组使用了醋酸钼，醋酸钼是一种含有两个原子的金属钼化合物。该化合物在金表面上显示出有趣的结构特性这一事实先前是由凯撒斯劳滕技术大学的研究小组发现的。“如果现在将乙酸钼应用于方解石表面，分子将形成有序结构。这意味着钼原子也按有序阵列排列。”库恩勒小组的研究人员，主要作者西蒙·埃斯里曼曼博士(Simon Aeschlimann博士)说。发表的研究。“通过各种实验和模拟，我们能够证明醋酸钼分子既不会跳跃也不会旋转，也不会形成簇。它们牢固地固定在方解石表面。”

科学家借助原子力显微镜进行了实验。“在原子力显微镜中，一根细小的针头会像电唱机一样扫描材料的​​表面，只是针头不会直接接触表面，而是会被原子力偏转。然后，它会形成表面结构的图像，”他说。埃斯利曼。例如，科学家检查了乙酸钼分子在方解石表面上的位置，以及它们在哪个方向上对齐。

之所以创建有序结构，是因为乙酸钼分子与方解石表面的电荷分布精确对齐。方解石由形成规则晶格结构的钙和碳酸盐结构单元组成。“每个乙酸钼分子仅适合于方解石表面上非常特定的位置，并且不会与其相邻的乙酸钼 分子发生相互作用。这意味着它被牢固地固定了，”Kühnle说。

作为从事纯粹研究的科学家，Kühnle对如何在表面或界面上形成分子结构的问题很感兴趣。但是结果也与电子应用相关：例如，如果可以按照相同的原理排列磁性金属，则可以将其用于纳米技术中以产生数据存储，即，只有几百万分之一毫米大小的存储器。其他可能的应用领域包括光学或化学传感器。

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