یک مولکول خاکی کمیابِ باردار بر روی یک سطح فلزی تشکیل و چرخیده شد

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، برای اولین بار، دانشمندان یک مولکول خاکی کمیاب باردار را روی یک سطح فلزی تشکیل دادند و با استفاده از میکروسکوپ تونل زنی روبشی آن را چرخاندند.

دانشمندان دانشگاه اوهایو، آزمایشگاه ملی آرگون و دانشگاه ایلینویز در شیکاگو از میکروسکوپ تونلی روبشی برای تشکیل یک مولکول خاکی کمیاب باردار بر روی سطح فلز و چرخاندن آن در جهت عقربه‌های ساعت و خلاف جهت عقربه‌های ساعت بدون تأثیر بر بار آن استفاده کردند.

یافته‌های آن‌ها راه‌های جدیدی را برای تحقیق در مورد دستکاری در مقیاس اتمی مواد مهم برای آینده، از محاسبات کوانتومی تا الکترونیک مصرفی، باز می‌کند.

عناصر خاکی کمیاب برای کاربرد‌های با تکنولوژی بالا از جمله تلفن‌های همراه، تلویزیون‌های HD و ... حیاتی هستند. این اولین باری است که مجموعه‌های خاکی کمیاب با بار‌های مثبت و منفی روی یک سطح فلزی تشکیل می‌شوند و همچنین اولین بار است که کنترل سطح اتمی بر چرخش آن‌ها نشان داده می‌شود. به عنوان دانشمند در آرگون و استاد فیزیک و نجوم در کالج علوم و هنر در دانشگاه اوهایو.

این آزمایش در دانشگاه آرگون و اوهایو با استفاده از دو سیستم مختلف میکروسکوپ تونل زنی روبشی در دمای پایین (STM) انجام شد. محیط برای آزمایشات STM به دمای حدود ۵ درجه کلوین (۴۵۰- درجه فارنهایت) در خلاء فوق العاده بالا نیاز دارد. اندازه مولکول‌های نمونه تقریباً ۲ نانومتر بود.

روتور خاکی کمیاب. (الف) تصویر STM یک کمپلکس Eu در حال چرخش به صورت یک دیسک در Au (۱۱۱) ظاهر می‌شود. (ب) چرخش‌های کنترل شده با تامین انرژی الکتریکی از نوک STM انجام می‌شود. (ج)، (د) به ترتیب قبل و بعد از چرخش یک مجتمع. دایره چین نشان دهنده ضدیون مورد استفاده برای کنترل است. منبع: Saw Wai Hla

Hla گفت: نتایج یکسان در هر دو مکان به دست آمد که تکرارپذیری را تضمین می‌کند. آزمایشگاه اوهایو توسط دانشجویان گروه Hla مرتبط با مؤسسه نانومقیاس و پدیده‌های کوانتومی اداره می‌شود.

تحقیقات دانشمندان اخیراً در مجله Nature Communications منتشر شده است.

مجتمع‌های خاکی کمیاب که محققان جمع‌آوری کردند، مولکول‌های پایه یوروپیوم با بار مثبت با یون‌های مخالف بار منفی روی سطح طلا بودند. چرخش کمپلکس‌ها از اعمال میدان الکتریکی ناشی از نوک STM، با استفاده از یون ضد زیر به‌عنوان یک محور ایجاد می‌شود. محققان کنترل ۱۰۰ درصدی جهت چرخش این مجتمع‌های کمیاب را نشان دادند.

اریک ماسون، استاد و کرسی شیمی رونیگک در دانشگاه اوهایو و یکی از محققین این پروژه مجموعه‌های کمیاب را طراحی کردند و گروهش در دانشگاه اوهایو آن‌ها را سنتز کردند. محاسبات تئوری تابعی چگالی توسط دانشمندان Argonne و گروه Anh Ngo، دانشیار مهندسی شیمی در دانشگاه ایلینوی در شیکاگو، با استفاده از BEBOP Argonne، قوی‌ترین ابررایانه ایالات متحده تا به امروز، انجام شد.

محاسبات تنها مقدار ناچیزی از انتقال بار را در سطح مشترک مولکول- بستر نشان می‌دهد، که به این معنی است که کمپلکس‌ها روی سطح شارژ می‌مانند.

وضعیت شیمیایی یون اتحادیه اروپا در کمپلکس‌های جذب شده روی سطح توسط یک روش تجربی نوپا به نام میکروسکوپ تونلی روبشی اشعه ایکس سنکروترون در منبع فوتون پیشرفته در آرگون توسط Hla و همکارانش تعیین می‌شود، جایی که آن‌ها تایید می‌کنند که مولکول‌ها بر روی سطح طلا بار مثبت دارند.

تصاویر STM ساختار را به صورت یک شکل مثلثی تحریف شده با سه بازو نشان می‌دهد. ادغام ضدیون در زیر با یک فیلم STM که با تعداد ۸۰۰۰ فریم طیف‌سنجی رکوردی به دست آمده است، اثبات می‌شود. سپس گروه Hla از دستکاری STM برای نشان دادن بیشتر چرخش کنترل استفاده کرد که چرخش در جهت عقربه‌های ساعت و خلاف جهت عقربه‌های ساعت را به دلخواه نشان می‌دهد.

Hla گفت: این یافته‌ها ممکن است برای توسعه دستگاه‌های نانومکانیکی مفید باشد که در آن واحد‌های منفرد در مجموعه برای کنترل، ترویج یا محدود کردن حرکت طراحی شده‌اند. ما چرخش مجتمع‌های خاکی کمیاب باردار را بر روی یک سطح فلزی نشان داده‌ایم، که اکنون بررسی‌های یکباره را برای خواص الکترونیکی، ساختاری و مکانیکی آن‌ها ممکن می‌سازد.