武漢大學(xué),新發(fā)Science Advances! 2024年10月30日 上午11:50 ? 頂刊 ? 閱讀 41 研究背景 電子-振動(dòng)耦合,即振動(dòng)耦合,在單分子層面上的理解對(duì)固體及其界面中多種物理現(xiàn)象的研究至關(guān)重要。這包括探討復(fù)雜的能量耗散路徑和相關(guān)的量子態(tài)。然而,單分子輸運(yùn)測量面臨著分子吸附構(gòu)型不確定性的問題,這使得對(duì)耦合電流的分析變得復(fù)雜。為了解決這一挑戰(zhàn),科學(xué)家們采用掃描隧道顯微鏡(STM)振動(dòng)光譜法,該方法能夠以亞分子分辨率檢測由振動(dòng)激發(fā)調(diào)制的隧道電流,顯著推動(dòng)了對(duì)分子結(jié)構(gòu)參數(shù)如何影響振動(dòng)激發(fā)的理解。然而,STM振動(dòng)光譜法在探測與低頻振動(dòng)相關(guān)的振動(dòng)態(tài)時(shí)面臨局限,而這些低頻振動(dòng)在非平衡條件下的單分子電荷輸運(yùn)中具有重要作用。 成果簡介 為了解決這一問題,武漢大學(xué)Min Feng、匹茲堡大學(xué)Hrvoje Petek、克羅地亞薩格勒布物理研究所Dino Novko以及中國人民大學(xué)季威副教授攜手在Science Advances期刊上發(fā)表了題為“Charge-transfer dipole low-frequency vibronic excitation at single-molecular scale”的最新論文。研究人員提出了一種新的策略,通過使用體半導(dǎo)體作為基底,成功實(shí)現(xiàn)了分子電子態(tài)與基底的解耦。 這一策略的關(guān)鍵在于利用C60分子的最低未占分子軌道(LUMO)部分低于半導(dǎo)體的導(dǎo)帶最低點(diǎn)(CBM),進(jìn)而通過這種類型II帶對(duì)齊來實(shí)現(xiàn)更好的解耦。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在C60分子吸附于SnSe(001)表面后,STM測量揭示了由振動(dòng)激發(fā)引起的特征,成功檢測到了Hg(ω1)振動(dòng)態(tài)的存在。這一發(fā)現(xiàn)不僅為理解振動(dòng)耦合現(xiàn)象提供了新視角,也為電子和能量收集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了重要參考。 研究亮點(diǎn) 1. 實(shí)驗(yàn)首次使用體半導(dǎo)體SnSe(001)作為基底,通過分離分子電子態(tài)與基底實(shí)現(xiàn)了C60分子的Hg(ω1)振動(dòng)激發(fā)的檢測。通過這一新策略,成功解耦了分子振動(dòng)激發(fā)與基底之間的相互作用。 2. 實(shí)驗(yàn)通過掃描隧道顯微鏡(STM)測量和密度泛函理論(DFT)計(jì)算,揭示了C60分子在SnSe(001)表面上的吸附構(gòu)型。結(jié)果顯示,在不同的分子吸附構(gòu)型下,Hg(ω1)振動(dòng)信號(hào)得以暴露,且該激發(fā)與分子吸附構(gòu)型和環(huán)境條件無關(guān),顯示出更為普遍的特性。 3. 此外,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Hg(ω1)振動(dòng)激發(fā)的能量寬度(Γ)隨振動(dòng)態(tài)與導(dǎo)帶最低點(diǎn)(CBM)的脫耦變化而減小,表明類型II能帶對(duì)齊在提高振動(dòng)態(tài)的解耦方面具有重要作用。 4. DFT計(jì)算結(jié)果表明,荷電轉(zhuǎn)移引起的瞬時(shí)偶極子在Hg(ω1)振動(dòng)激發(fā)中起著重要作用。該偶極子的形成源于電子隧穿過程中界面電荷的重新分布,從而增強(qiáng)了Hg(ω1)模式的激發(fā)。這一發(fā)現(xiàn)為理解振動(dòng)激發(fā)與分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系提供了新的視角。 圖文導(dǎo)讀 圖1. 在STM結(jié)中將分子電子態(tài)與基底解耦的策略示意圖。 圖2. C60在SnSe(001)表面的吸附結(jié)構(gòu)。 圖3. C60分子的dI/dV譜及其能隙中的LUMO共振。 圖4. C60分子的d2I/dV2譜中的Hg(ω1)激發(fā)。 圖5. C60-SnSe界面偶極子與Hg(ω1)_I振動(dòng)誘導(dǎo)偶極子。 結(jié)論展望 本研究揭示了STM-分子-基底接頭中類型II能帶對(duì)準(zhǔn)對(duì)分子振動(dòng)激發(fā)態(tài)解耦的重要性,為未來的分子電子學(xué)研究提供了新思路。通過成功解析C60的Hg(ω1)振動(dòng)激發(fā),研究表明,降低LUMO能量至基底的能隙中可以顯著增強(qiáng)振動(dòng)解耦效果。 這一發(fā)現(xiàn)不僅為低頻振動(dòng)激發(fā)的高分辨率成像奠定了基礎(chǔ),也為其他原型分子和納米結(jié)構(gòu)的研究開辟了新途徑。特別是在有機(jī)電子學(xué)和光伏領(lǐng)域,研究者可以根據(jù)分子的特性選擇合適的半導(dǎo)體基底,以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的性能。 此外,研究中提出的界面偶極子概念,強(qiáng)調(diào)了分子和基底之間相互作用的重要性,為理解分子在不同材料界面上的行為提供了新的視角。這一工作為后續(xù)探索分子-半導(dǎo)體界面及其在新型電子器件中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ),并為發(fā)展更高效的分子材料與器件設(shè)計(jì)指明了方向。 文獻(xiàn)信息 Cancan Lou et al. ,Charge-transfer dipole low-frequency vibronic excitation at single-molecular scale.Sci. Adv.10,eado3470(2024). 原創(chuàng)文章,作者:zhan1,如若轉(zhuǎn)載,請(qǐng)注明來源華算科技,注明出處:http://m.zzhhcy.com/index.php/2024/10/30/02ddeb89eb/ 贊 (0) 0 生成海報(bào) 相關(guān)推薦 廈大楊勇Small: 分散在多孔碳上的鈷酞菁增強(qiáng)Li-SF6電池的還原動(dòng)力學(xué) 2023年10月15日 超長循環(huán)28000次,迄今為止最佳!唐永炳/張帆最新AFM! 2024年6月6日 Nature子刊:準(zhǔn)固態(tài)聚合物電解質(zhì)助力鋰金屬電池-48.2℃運(yùn)行! 2023年10月9日 Acc. Chem. Res.綜述:硫化物基全固態(tài)電池規(guī)模化的問題與進(jìn)展 2023年10月26日 華理王庚超ACS Nano: 離子傳輸路徑重排實(shí)現(xiàn)高室溫離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì) 2023年10月11日 盧旭/Sargent/Sinton/Magnotti等Nature子刊:高壓溶解相二氧化碳電還原 2024年1月11日