模板基底上有應變島的受控成核研究

2020-12-05 科學網

 

納米量子結構在固體表面上的控制組裝與生長，是納米量子器件及其特性研究的重要內容。在過去的十多年裡，中科院物理研究所高鴻鈞研究組對納米結構在金屬和半導體表面的生長模式與相互作用機制、物理性質等進行了系統研究。最近，他們發現PTCDA分子在NaCl表面生長多層膜時，由於應力與分子間相互作用的競爭，為去浸潤生長模式；該研究證明了一種有機功能分子在絕緣體表面的去浸潤生長模式及其生長機理（Phys. Rev. Lett. 100, 186204（2008））。他們還進一步利用表面應力各向異性引起的金屬Au(111)表面的重構，實現了在金表面上具有固定偏心軸的單分子轉子。利用Au(111)重構表面三個不同的區域，他們實現了對單分子轉動行為的量子調控，並且利用重構結構首次實現了單分子轉子的大面積組裝，為實用化單分子器件的構築與集成提供了思路（Phys. Rev. Lett. 101，197209（2008））。

 

表面結構和形貌在納米量子結構的控制組裝與生長方面具有重要作用，表面系統的應力是影響表面結構和形貌的一個重要因素。為了進一步研究基底形貌對納米量子結構在表面上外延生長的影響，該組的博士生胡昊同學和導師高鴻鈞研究員與美國猶他大學劉峰教授合作，對模板化基底上異質外延生長的自組裝量子點的成核生長進行了研究。從熱力學上講，表面上有應變量子點的生長是表面能和彈性弛豫能競爭的結果。基底的模板化，改變了基底的幾何結構，引起了表面能和彈性弛豫能的變化。他們考慮了表面能各向異性效應，計算了表面能；應用Landau彈性格林函數方法，計算了彈性弛豫能，從而得到了系統的表面自由能。分析表明：由於表面能各向異性效應和更加有效的彈性弛豫，應變島在模板化基底上的成核相對在平直基底上有很大增強，島的成核臨界尺寸和勢壘都更低；這兩個因素的相互競爭，驅使應變島生長發生在表面的頂區域，或者在表面的谷區域，甚至在斜面上。這個理論解釋了大部分現有實驗的主要結果，對進一步控制量子點生長的實驗有重要指導意義。

 

這項工作得到了國家自然科學基金，「973」項目和中國科學院的支持。結果發表在《物理評論快報》上。（來源：中國科學院物理研究所）

 

（《物理評論快報》（

Phys. Rev. Lett.

），

101，216102（2008）

，Hao Hu，Feng Liu）

 

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《物理評論快報》發表論文摘要 

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