Si(100)表面二聚體翻轉(zhuǎn)觸發(fā)的自發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

王晨光¹，黃愷²，季威¹

1 中國人民大學(xué)物理學(xué)系，北京 100872，中國

2 Lash Miller Chemical Laboratories, Department of Chemistry and Institute of Optical Sciences,University of Toronto, 80 St. George Street, Toronto, Ontario, M5S 3H6 Canada

　　摘要：在過去的一二十年間，人們研究了大量金屬和絕緣體表面的自組裝分子納米結(jié)構(gòu)，希望為電子器件的自下而上組裝提供新思路。然而，從與現(xiàn)有工藝兼容的角度出發(fā)，工業(yè)界更希望可以直接在半導(dǎo)體Si(100)表面上自組裝生長納米結(jié)構(gòu)。由于Si 表面存在大量懸掛鍵，化學(xué)性質(zhì)活潑，在其表面進(jìn)行自組裝生長納米結(jié)構(gòu)是較為困難的。2008 年P(guān)olanyi等人提出了一種新方法^[1]，即引入保護(hù)基團(tuán)，由較弱的化學(xué)相互作用進(jìn)行自組裝，再通過局域解離吸附反應(yīng)構(gòu)筑分子納米結(jié)構(gòu)。隨后，他們展示了在Si(100)-MeCl 體系通過自發(fā)解離吸附反應(yīng)構(gòu)筑納米電線的方法^[2]，并初步采用Si(100)-MeBr 為原型研究了這一反應(yīng)的機(jī)理^[3] 。

　　最近的研究發(fā)現(xiàn)^[5]，之前對(duì)于該反應(yīng)機(jī)理的理解還不夠全面。研究發(fā)現(xiàn)，Si(100)表面的二聚體翻轉(zhuǎn)對(duì)解離吸附反應(yīng)勢(shì)壘有本質(zhì)影響。計(jì)算得到的Si(100)-c(4x2)表面的二聚體翻轉(zhuǎn)能量在0.09-0.23 eV 之間，與實(shí)驗(yàn)值0.136±0.11 eV 相符[4]。當(dāng)Si 表面為c(4x2)構(gòu)型時(shí)，MeBr 的解離吸附反應(yīng)勢(shì)壘為0.48 eV;而當(dāng)與MeBr 相鄰的二聚體翻轉(zhuǎn)之后，MeBr的解離吸附反應(yīng)勢(shì)壘降低至0.23 eV，且從Si(100)-p(2x2)-MeBr 出發(fā)的反應(yīng)勢(shì)壘僅為0.09eV。

　　上述結(jié)果表明，Si(100)表面的二聚體翻轉(zhuǎn)在小分子解離吸附反應(yīng)中起到了重要作用，可以觸發(fā)其自發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，對(duì)理解類似反應(yīng)機(jī)理提供了參考，解決了之前理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在偏差的問題。

【參考文獻(xiàn)】:

　　[1] H. Guo, W. Ji, John C. Polanyi, J. Yang, ACS NANO 2, pp. 699-706 (2008).

　　[2] T. B. Lim, John C. Polanyi, H. Guo, W. Ji, Nature Chemistry 3, pp. 85-89 (2010).

　　[3] T. B. Lim, I. R. McNab, John C. Polanyi, H. Guo, W. Ji, J. Am. Chem. Soc. 133 , pp. 11534-11539 (2011).

　　[4] K. Hata, Y. Sainoo, H. Shigekawa, Phys. Rev. Lett. 86, pp. 3084-3087 (2001).

　　[5] C.-G. Wang, K. Huang, W. Ji, unpublished.