Only Perception: 控制材料的電子表面特性

2009-07-29

控制材料的電子表面特性

Controlling the electronic surface properties of a material
http://www.physorg.com/news167060684.html

July 17th, 2009

最近由 Swiss Nanoscience Institute 研究者所達成的一項突破，首度看見可控制電子特性薄膜的創造。這項發現對於感應器與運算的未來應用或有廣泛的影響。這項國際性共同研究的研究者來自（瑞士）Basel 大學與（德國）Heidelberg 大學以及（瑞士） Paul Scherrer Institute，已將這項研究發表在知名科學期刊 Science 上。

大家公認，一給定材料的電阻無法像濃度與色彩那樣被調整。然而 Dr Meike Stohr 以及她的同僚現在成功開發出一種新方法，能選擇性地調整表面特性，例如電阻。

這個跨物理與化學學門的團隊已開發出一種物質，那在一銅質表面上加熱後，展現出一種具有奈米孔隙的二維網狀物。這種網狀物與金屬表面上現有電子雲（electron gas）的交互作用導致以下結果：網狀物底下的電子被「推入」孔隙中，進而形成一群群的電子，稱之為量子點（quantum dots）。

藉由調整各種參數，例如這些孔隙的高度與直徑，產生能選擇性調整此材料特性的可能性。能以不同分子填滿孔隙的能力，則引起更多的可能性。這允許直接取用（access）取決於電子結構的材料特性，諸如導電性、反射性以及表面催化作用的特性。這將導致具可調整電子特性的新材料浮現。

拿電子雲與水中的波相比最能理解根本的物理機制。水表面上的波會被它們所遇到的任何阻礙所反射。若表面上的障礙在問題中類似一個蜂巢結構，那麼駐波（standing waves）就會在蜂巢的每個巢室中產生。這接著導致代表該蜂巢結構的、具有同樣大小與形狀的波模式產生。"將這種類比應用到電子雲上，我們看見這種網狀物結構與金屬表面上之氣體雲的交互作用侷限住電子，導致這種新材料的獨特電子波結構出現，" Stohr 說。

這些孔隙網路是新超材料（meta-materials）的優良候選者。這些是人造材料，因其週期性結構之故，具有自然界找不到的獨特光學與電子特性。這些特性能透過改變其成份材料的特性而受到調整。在這個孔隙網狀物的例子中，電子的表面特性能透過奈米孔隙的仔細挑選而改變。

※ 很妙的點子。相關報導：

＊ Band Formation from Coupled Quantum Dots Formed by a Nanoporous Network on a Copper Surface
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/325/5938/300

Jorge Lobo-Checa, Manfred Matena, Kathrin Muller,
Jan Hugo Dil, Fabian Meier, Lutz H. Gade, Thomas A. Jung,
Meike Stohr
Science 17 July 2009: Vol. 325. no. 5938, pp. 300 - 303
DOI: 10.1126/science.1175141

...We report that the two-dimensional free electron gas of the Cu(111) surface state can be trapped within the pores of an organic nanoporous network, which can be regarded as a regular array of quantum dots. Moreover, a shallow dispersive electronic band structure is formed, which is indicative of electronic coupling between neighboring pore states.