Ge(001) before and after gold evaporation and annealing
Kernel of the 4-probe microscope (left), crushed tip on Si surface (middle), two STM tips over gold structures on Ge(001) surface

Wzbudzenia elektronowe

Wzbudzenia elektronowe i wibracyjne w nanostrukturach zbudowanych
z niewysyconych wiązań i w molekułach​

 

Kierownik: dr Szymon Godlewski
Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki, Program SONATA 8
Wnioskowane dofinansowanie: 340 450 PLN
Okres realizacji: 36 miesięcy (2015 - 2018)

 

Projekt poświęcony jest badaniu wzbudzeń elektronowych i wibracyjnych w nanostrukturach zbudowanych z niewysyconych wiązań na powierzchni uwodornionych półprzewodników, a także w planarnych molekułach organicznych zaadsorbowanych na tych powierzchniach. Ponadto obiektem badań jest wykonywanie kontrolowanej manipulacji organicznymi molekułami na uwodornionych powierzchniach z wykorzystaniem igły skaningowego mikroskopu tunelowego (ang. scanning tunneling microscope, STM). W obecnej chwili dalszy rozwój układów elektronicznych bazujący na miniaturyzacji powszechnie stosowanych rozwiązań napotyka na ograniczenia związane z rosnącym wpływem efektów kwantowych zmieniających funkcjonowanie układów w nanoskali. Wymusza to poszukiwanie alternatywnych rozwiązań. Jedną z najciekawszych idei jest wykorzystanie pojedynczych molekuł lub złożonych układów atomowych do wykonywania operacji logicznych. W ostatnim czasie zaproponowane zostało wykorzystanie uwodornionych powierzchni półprzewodnikowych jako platform do wytwarzania nanoukładów atomowych i molekularnych. Jednakże we wszystkich proponowanych rozwiązaniach, niezależnie od tego czy bazują one na koncepcji wykorzystania pojedynczych molekuł wykonujących operacje logiczne wskutek modyfikowania stanów elektronowych i transportu ładunku poprzez oddziaływanie z zewnętrznymi obiektami pełniącymi klasyczną rolę wejść (ang. quantum hamiltonian computing, QHC), czy też bazującymi na implementacji qubitów w strukturach atomowych, czy też w końcu opartych o bramki spinowe w układach atomowych i molekularnych, jednym z najważniejszych czynników mogących modyfikować właściwości transportowe i funkcjonowanie urządzeń są wibracje atomów i molekuł. Tymczasem pomimo prowadzenia wielu badań nad możliwościami ładowania i rozładowywania pojedynczych atomów dotychczas niewiele uwagi poświęcono analizie drgań wywoływanych przez tunelujące elektrony.

W projekcie badane są drgania układów zbudowanych na drodze kontrolowanej desorpcji atomów wodoru. Wykonywane są eksperymenty poświęcone analizie drgań zarówno podczas wstrzykiwania elektronów, jak i dziur. Wykorzystanie struktur różniących się układem geometrycznym pozwoli przeanalizować wpływ sprzężeń występujących pomiędzy sąsiadującymi niewysyconymi wiązaniami na stabilność układów. Analiza zależności drgań od przyłożonego napięcia i prądu tunelowego pozwoli wyznaczyć bariery na procesy wibracji, a także rząd tych procesów. Podobnie wykonywane są eksperymenty dotyczące drgań indukowanych w molekułach organicznych, i to zarówno fizysorbowanych na perfekcyjnie uwodornionej powierzchni, jak i oddziałujących z powierzchniowymi defektami. Ponadto opracowywane są efektywne drogi manipulacji molekułami na uwodornionych powierzchniach przy wykorzystaniu ostrza mikroskopu bliskich oddziaływań (ang. scanning probe microscope SPM), a także metody odłączania i przyłączania tych molekuł do defektów powierzchni.

Wykonywane badania zaowocują przygotowaniem podstawowych ścieżek budowania nanoukładów hybrydowych łączących atomowe struktury z niewysyconych wiązań z planarnymi molekułami organicznymi. Ponadto analiza procesów nieelastycznych obserwowanych podczas transportu elektronów przez badane struktury zapewni podstawy do konstruowania układów w nanoskali, w których dyssypacja energii powinna być minimalizowana. Eksperymenty zapewnią rozwój metod analizy wibracji w układach atomowych i molekularnych na powierzchniach półprzewodnikowych dzięki zastosowaniu i rozwojowi jednej z najnowszych odmian skaningowej mikroskopii bliskich oddziaływań, a mianowicie skaningowej mikroskopii szumów (ang. scanning noise microscopy, SNM), umożliwiającej efektywne analizowanie zależności drgań od lateralnego położenia igły wstrzykującej elektrony.

joomla template 1.6