액체의 2D 원자 결정에서 원자 이미징

피터 니르말라지 C₆₀을 사용하여 2D 적층 재료의 특성을 조사합니다. Binnig and Rohrer Nanotechnology Center의 무소음 연구실에서 기능화된 금속 STM 프로브. (출처:Marcel Begert, IBM Research–Zurich)

IBM의 노벨상 수상자인 Gerd Binnig와 Heinrich Rohrer가 주사 터널링 현미경(STM)을 발명한 지 35년이 지난 지금, 취리히에 있는 IBM 과학자들은 원자별 이미징 및 계측 분야에서 또 다른 돌파구를 마련했습니다. 하지만 이번에는 액체 상태입니다.

IBM 과학자 Peter Nirmalraj, Bernd Gotsmann 및 Heike Riel은 Limerick 대학, École Polytechnique Fédérale de Lausanne 및 University of Massachusetts–Amherst의 과학자들과 협력하여 강력한 분자 STM 프로브의 작동을 엔지니어링하고 성공적으로 시연했습니다. 새로운 2D 적층 물질을 분석하기 위해 실온에서 액체 생태계.

이 작업은 최초의 기술적 성과입니다. 이전에는 극저온 극저온 조건에서 초고진공(UHV) 조건에서 뛰어난 공간 분해능을 갖춘 분자 STM 프로브를 사용하여 유기 분자 및 2D 재료와 같은 저차원 재료를 이미징할 수 있었습니다.

오늘 Nature Communications에 실린 "액체에서 옹스트롬 규모의 분석을 위한 강력한 분자 프로브"라는 제목의 논문 , 연구 및 그 결과를 요약합니다.

나는 분자 표면 과학 및 액체의 주사 탐침 현미경을 전문으로 하는 Peter와 그의 연구에 대해 자세히 알아보기 위해 이야기를 나눴습니다.

프로브 설계의 어떤 요소가 논문에서 달성한 고해상도를 가능하게 했습니까?

피터 니르말라지: 우리는 기능화되지 않은 금 STM 프로브를 사용하는 것에서 단일 탄소-60(C₆₀ ) 분자는 프로브 정점의 반응성을 감소시키고 조사 중인 재료의 공간 정보 내용을 향상시킬 수 있습니다. 지금까지 2D 재료에 대한 원자 단위 정보의 이러한 수준의 제어 및 범위는 실온의 액체에서 달성하기가 쉽지 않았습니다.

일반적인 UHV 및 극저온 조건과 대조되는 표준 실험실 조건에서의 이미징에 특별한 점은 무엇입니까?

PN: 주요 과제는 프로브 팁의 정점에서 단일 분자의 안정성에 있습니다. 거꾸로 된 산을 상상하고 정점에 체리를 놓습니다. 이것이 우리가 우려하는 규모입니다. 극저온 조건에서 접촉은 변동이 거의 없기 때문에 훨씬 더 안정적이지만 실온에서 분자는 에너지적으로 동적으로 활성입니다. 이것은 불안정한 분자 STM 프로브 복합체를 초래하는 경향이 있습니다. 여기에서 우리는 실온의 섬세한 프로브가 고밀도 액체에서 안정화될 수 있음을 보여줍니다. 고밀도 액체는 STM 금속 프로브 정점 주위에 고정된 분자의 움직임을 최소화할 수 있습니다.

왼쪽부터 오른쪽:풀러렌 말단 금 STM 프로브. 그래핀 격자 내의 탄소 원자 위치를 보여주는 단층 그래핀의 단일 원자 육각형. 원자 종을 선택적으로 분석할 수 있는 2D 이황화 몰리브덴의 원자 구조.

세계경제포럼(WEF)은 2016년 10대 신흥 기술 중 하나로 2D 재료를 선정했습니다. 이러한 맥락에서 액체의 2D 재료를 원자 단위로 이미징할 수 있는 고해상도의 의미는 무엇입니까?