Si(100)表面二聚体翻转触发的自发链式反应

Si(100)表面二聚体翻转触发的自发链式反应

王晨光¹，黄恺²，季威¹

1 中国人民大学物理学系，北京 100872，中国

2 Lash Miller Chemical Laboratories, Department of Chemistry and Institute of Optical Sciences,University of Toronto, 80 St. George Street, Toronto, Ontario, M5S 3H6 Canada

　　摘要：在过去的一二十年间，人们研究了大量金属和绝缘体表面的自组装分子纳米结构，希望为电子器件的自下而上组装提供新思路。然而，从与现有工艺兼容的角度出发，工业界更希望可以直接在半导体Si(100)表面上自组装生长纳米结构。由于Si 表面存在大量悬挂键，化学性质活泼，在其表面进行自组装生长纳米结构是较为困难的。2008 年Polanyi等人提出了一种新方法^[1]，即引入保护基团，由较弱的化学相互作用进行自组装，再通过局域解离吸附反应构筑分子纳米结构。随后，他们展示了在Si(100)-MeCl 体系通过自发解离吸附反应构筑纳米电线的方法^[2]，并初步采用Si(100)-MeBr 为原型研究了这一反应的机理^[3] 。

　　最近的研究发现^[5]，之前对于该反应机理的理解还不够全面。研究发现，Si(100)表面的二聚体翻转对解离吸附反应势垒有本质影响。计算得到的Si(100)-c(4x2)表面的二聚体翻转能量在0.09-0.23 eV 之间，与实验值0.136±0.11 eV 相符[4]。当Si 表面为c(4x2)构型时，MeBr 的解离吸附反应势垒为0.48 eV;而当与MeBr 相邻的二聚体翻转之后，MeBr的解离吸附反应势垒降低至0.23 eV，且从Si(100)-p(2x2)-MeBr 出发的反应势垒仅为0.09eV。

　　上述结果表明，Si(100)表面的二聚体翻转在小分子解离吸附反应中起到了重要作用，可以触发其自发链式反应，对理解类似反应机理提供了参考，解决了之前理论和实验结果存在偏差的问题。

【参考文献】:

　　[1] H. Guo, W. Ji, John C. Polanyi, J. Yang, ACS NANO 2, pp. 699-706 (2008).

　　[2] T. B. Lim, John C. Polanyi, H. Guo, W. Ji, Nature Chemistry 3, pp. 85-89 (2010).

　　[3] T. B. Lim, I. R. McNab, John C. Polanyi, H. Guo, W. Ji, J. Am. Chem. Soc. 133 , pp. 11534-11539 (2011).

　　[4] K. Hata, Y. Sainoo, H. Shigekawa, Phys. Rev. Lett. 86, pp. 3084-3087 (2001).

　　[5] C.-G. Wang, K. Huang, W. Ji, unpublished.