Si(100)表面二聚體翻轉觸發的自發鏈式反應

王晨光¹，黃愷²，季威¹

1 中國人民大學物理學系，北京 100872，中國

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：在過去的一二十年間，人們研究了大量金屬和絕緣體表面的自組裝分子納米結構，希望為電子器件的自下而上組裝提供新思路。然而，從與現有工藝兼容的角度出發，工業界更希望可以直接在半導體Si(100)表面上自組裝生長納米結構。由于Si 表面存在大量懸掛鍵，化學性質活潑，在其表面進行自組裝生長納米結構是較為困難的。2008 年Polanyi等人提出了一種新方法^[1]，即引入保護基團，由較弱的化學相互作用進行自組裝，再通過局域解離吸附反應構筑分子納米結構。隨后，他們展示了在Si(100)-MeCl 體系通過自發解離吸附反應構筑納米電線的方法^[2]，并初步采用Si(100)-MeBr 為原型研究了這一反應的機理^[3] 。

　　最近的研究發現^[5]，之前對于該反應機理的理解還不夠全面。研究發現，Si(100)表面的二聚體翻轉對解離吸附反應勢壘有本質影響。計算得到的Si(100)-c(4x2)表面的二聚體翻轉能量在0.09-0.23 eV 之間，與實驗值0.136±0.11 eV 相符[4]。當Si 表面為c(4x2)構型時，MeBr 的解離吸附反應勢壘為0.48 eV;而當與MeBr 相鄰的二聚體翻轉之后，MeBr的解離吸附反應勢壘降低至0.23 eV，且從Si(100)-p(2x2)-MeBr 出發的反應勢壘僅為0.09eV。

　　上述結果表明，Si(100)表面的二聚體翻轉在小分子解離吸附反應中起到了重要作用，可以觸發其自發鏈式反應，對理解類似反應機理提供了參考，解決了之前理論和實驗結果存在偏差的問題。

【參考文獻】:

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　　[5] C.-G. Wang, K. Huang, W. Ji, unpublished.