Tessellationsmönster som har fascinerat matematiker sedan Johannes Kepler utarbetade sin systematik för 400 år sedan - och som nyligen har fångat både konstnärers och kristallografers öga - kan nu ses i laboratoriet. De tog först form på en yta mer perfekt tvådimensionell än något ark skrivpapper, ett enda lager av atomer och molekyler ovanpå ett atomiskt slätt substrat. Fysiker lockade dessa så kallade Kepler-plattor "på sidan" genom guidad självmontering av nanostrukturer.

Experimenten utfördes av postdoktor David Ecija, Doktorand Jose Ignacio Urgel och kollegor vid fysiska institutionen vid Technische Universitaet Muenchen (TUM), i samarbete med forskare i Karlsruhe och Zürich. De rapporterade sina fynd i Förfaranden från National Academy of Sciences .

Resultaten öppnar en ny forskningslinje

Organiska molekyler utrustade med funktionella grupper för att uttrycka distinkta kopplingar till metallatomer deponerades på ett slätt silverunderlag under vakuumförhållanden. Därefter utsattes det organiska skiktet på denna plattform för ett atomflöde av lantanidceriumet. Vid ett visst förhållande av ceriumatomer till molekyler, självmontering producerade ett symmetriskt komplext 2-D-mönster som ursprungligen beskrevs av Kepler och som idag är känt som det snubbliga fyrkantiga kaklet. Tydligt identifierbar genom skanningstunnelmikroskopi var en återkommande, fem-vertex-anslutningselement mindre än en nanometer tvärs över, en koordineringsenhet för cerium-ligand.

Att det snubbliga fyrkantiga kakelmönstret aldrig hade tillverkats och setts på molekylär nivå genom att utnyttja självmonteringsprotokoll var intressant i sig. Bortom det, fysikerna förklarar, varje ny ytarkitektur kan eventuellt öppna vägen för ny fysik och kemi, och fram till nu har fem vertexstrukturer visat sig gäckande. Särskilt, det faktum att lantanidelementet cerium spelade en så nyckelroll markerar detta som början på en ny forskningslinje.

Detta är första gången som TUM -forskarna - medlemmar av prof. Johannes Barths institut för molekylär nanovetenskap och kemisk fysik i gränssnitt - har samordnat molekyler med en lantanid, och första gången någon har gjort detta i 2-D. "Och lantanider är speciella, "David Ecija förklarar." De har mycket spännande optiska, magnetisk, och kemiska egenskaper som kan vara intressanta för nanovetenskap, och möjligen även för nanoteknik. Nu har vi en ny lekplats för forskning med lanthaniderna, och vidare."