2019年9月2日，國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·化學(xué)》（Nature Chemistry）在線發(fā)表了同濟大學(xué)許維教授課題組與瑞士Empa研究所Roman Fasel教授課題組等關(guān)于聚乙炔鏈在表面原子級精準(zhǔn)制備、表征及電子學(xué)性質(zhì)測量方面取得的重要進展。題目為“On-surface synthesis and characterization of individual polyacetylene chains”。
聚乙炔是由sp2雜化的碳原子形成的一維鏈狀結(jié)構(gòu)，是最早被研究的一類導(dǎo)電高分子聚合物，它具有相對簡單的化學(xué)結(jié)構(gòu)，根據(jù)碳原子不同的排列，有順式和反式兩種基本構(gòu)型。由于其簡單的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及豐富的電子學(xué)性質(zhì)，聚乙炔成為研究一維導(dǎo)電聚合物電荷傳輸性質(zhì)的理想體系。白川英樹、艾倫·黑格和艾倫·麥克迪爾米德三位科學(xué)家通過對聚乙炔的研究，因“發(fā)現(xiàn)和發(fā)展導(dǎo)電聚合物”獲得了2000年的諾貝爾化學(xué)獎。此外，基于對聚乙炔的研究而發(fā)展起來的SSH 模型在解釋一維材料的電子學(xué)以及拓?fù)鋵W(xué)性質(zhì)等方面也起著十分重要的作用。然而，到目前為止，對于聚乙炔本征電子學(xué)特性的深入理解仍然受限于材料的原子級精準(zhǔn)制備和表征。
許維教授課題組與Roman Fasel教授課題組利用表面化學(xué)方法，以乙炔為前驅(qū)體分子，在超高真空環(huán)境下在銅（110）表面制備出順式和反式單根聚乙炔鏈，通過掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡（AFM）高分辨成像手段對其化學(xué)結(jié)構(gòu)進行了原子尺度精細表征，并通過掃描隧道譜（dI/dV）、角分辨光電子能譜（ARPES）譜學(xué)方法結(jié)合理論計算對吸附在銅表面及氧化銅表面的反式聚乙炔鏈的電子學(xué)性質(zhì)進行了研究。實驗表明，由于聚乙炔與銅襯底間較強的相互作用，聚乙炔被摻雜了電子并展現(xiàn)出金屬性。此外，通過在銅表面和聚乙炔界面處形成單層氧化銅，有效地隔斷了兩者之間的相互作用，使吸附在氧化銅層上的聚乙炔展現(xiàn)出本征的半導(dǎo)體性（~ 2.4 eV的能量帶隙）。該研究為進一步實空間探索聚乙炔的本征物理特性如孤子態(tài)提供了可能。
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