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同济生物之同济大学许维课题组在聚乙炔链的表面合成面已取得进展

来源: 时间:2019-09-09 点击数:

2019年9月2日,国际著名学术期刊《自然·化学》(Nature Chemistry)在线发表了上海同济大学许维教授课题组与瑞士Empa研究所Roman Fasel教授课题组等关于聚乙炔链在表面原子级精准制备、表征及电子学性质测量方面取得的重要进展。其中以“On-surface synthesis and characterization of individual polyacetylene chains”为题

聚乙炔是由sp2杂化的碳原子形成的一维链状结构,是最早被研究的一类导电高分子聚合物,它具有相对简单的化学结构,根据碳原子不同的排列,有顺式和反式两种基本构型。由于其简单的化学结构以及丰富的电子学性质,聚乙炔成为研究一维导电聚合物电荷传输性质的理想体系。白川英树、艾伦·黑格和艾伦·麦克迪尔米德三位科学家通过对聚乙炔的研究,因“发现和发展导电聚合物”获得了2000年的诺贝尔化学奖。此外,基于对聚乙炔的研究而发展起来的SSH 模型在解释一维材料的电子学以及拓扑学性质等方面也起着十分重要的作用。然而,到目前为止,对于聚乙炔本征电子学特性的深入理解仍然受限于材料的原子级精准制备和表征。


许维课题组与Roman Fasel课题组利用表面化学方法,以乙炔为前驱体分子,在超高真空环境下在铜(110)表面制备出顺式和反式单根聚乙炔链,通过扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)高分辨成像手段对其化学结构进行了原子尺度精细表征,并通过扫描隧道谱(dI/dV)、角分辨光电子能谱(ARPES)谱学方法结合理论计算对吸附在铜表面及氧化铜表面的反式聚乙炔链的电子学性质进行了研究。实验表明,由于聚乙炔与铜衬底间较强的相互作用,聚乙炔被掺杂了电子并展现出金属性。此外,通过在铜表面和聚乙炔界面处形成单层氧化铜,有效地隔断了两者之间的相互作用,使吸附在氧化铜层上的聚乙炔展现出本征的半导体性(~ 2.4 eV的能量带隙)。