STM перекладывает C₂ и строит углеродные цепочки
На кремниевой вершине при 4 K удалось последовательно сформировать связанные с поверхностью C₂ и C₄-структуры, перенося углеродные димеры молекулярным инструментом. В серии из 351 контакта выход целевых C₄-конфигураций достиг 84% для пары соседних цепочек. Результат определяется необычной геометрией inverted-mode STM, где строительная площадка находится на зонде, а реагент — на плоском образце.
Команда CBN Nano Technologies сообщила о механосинтезе коротких углеродных цепочек на H-пассивированном Si(100) с помощью inverted-mode scanning tunneling microscopy. Эксперимент выполнен при 4 K в сверхвысоком вакууме. Авторы последовательно добавляли двухуглеродные фрагменты C₂ и получили поверхностно связанные структуры IR-C₂ и IR-C₄; последняя интерпретируется как четырёхатомная diyne/polyyne-подобная цепочка.
Геометрия установки отличается от обычной STM-манипуляции. Молекулярные инструменты EAOGe-C₂I заранее осаждают на плоскую кремниевую подложку, а рабочую площадку формируют на кремниевом probe chip — вершине зонда. На ней STM локально удаляет атомы водорода и создаёт пару dangling bonds между рядами поверхностных димеров Si(100). Затем инструмент де-йодируют, превращая его в реакционноспособный радикальный комплекс EAOGe-C₂•.
Для переноса зонд сближают с молекулой при нулевом смещении и отключённой обратной связи по z. Глубину захода меняли с шагом 50 pm. При контакте расчётный механизм предполагает разрыв связи Ge–C, перенос C₂ к реакционноспособным центрам кремния и последующую релаксацию структуры. После первого цикла формируется IR-C₂; второй перенос на тот же участок даёт IR-C₄. Идентификацию продуктов авторы основывают на STM-контрасте, сопоставлении с рассчитанными изображениями и QM/MM-моделировании, а не на независимой спектроскопии каждого отдельного объекта.
Для IR-C₂ заявлен выход 93%: 184 успешных результата на 197 попыток. Две соседние C₂-структуры получались в 71 из 73 опытов, или 97%. Последовательность C₂/C₄ дала 45 успехов на 49 попыток — 92%. Наиболее сложный паттерн из двух соседних IR-C₄, требующий четырёх последовательных переносов C₂, собран в 27 из 32 случаев, что соответствует 84%. Во всей серии из 351 взаимодействия авторы зафиксировали девять случаев отрыва водорода и один предполагаемый случай извлечения атома кремния.
Почтий масштаб результата пока ограничен криогенной STM, подготовленными dangling-bond-паттернами и единственным специализированным донором углерода. IR-C₂, по данным команды, сохранялась днями и неделями при 4 K, при смещениях примерно от −3 до +4 V и токах 10–100 pA; эти параметры не характеризуют стабильность структур при комнатной температуре. Работа опубликована в виде препринта, а заявленные выходы и механизм переноса ещё ожидают журнальной экспертизы и независимого воспроизведения.
Тем не менее эксперимент выделяется контролем образования C–C-связи на заранее заданном атомном участке. Это расширяет IM-STM от манипуляции отдельными поверхностными объектами к аддитивной сборке заданных углеродных мотивов на кремнии.