Forskare vid Tokyo Institute of Technology har identifierat adlayer-strukturen hos sumanene buckybowl på Au(111) och avslöjat dess unika skålinversionsbeteende.

Buckybowls, betraktas som ett fragment av Buckminsterfulleren, är skålformade strukturellt flexibla π-konjugerade föreningar som uppvisar unik koordinationskemi, vilket möjliggör bildning av stabila skikt på ytor av Au(111); dessa system fungerar som viktiga modeller för att studera de elektroniska egenskaperna hos metall-molekylgränssnitt.

Buckybowls, såsom korannulen och sumanen, uppvisar ett karakteristiskt beteende av skål-till-skål-inversion i lösning. Särskilt, på grund av inversionen av den skålformade kolryggraden, buckybowls på metallytor har en extra grad av frihet med sina bowl-up och bowl-down konformationer. Även om inversionsbarriären för sumanen har rapporterats, Dynamiska egenskaper för skålinversion på en yta har ännu inte klargjorts.

Forskare vid Tokyo Institute of Technology har framgångsrikt rapporterat bildandet av ett tätt packat lager av sumanen, som lätt självorganiserar sig för att bilda ett enda lager. Scanning tunneling microscopy (STM) och ab initio beräkningar visade tydligt bildandet av ett välordnat monolager, indikerar avsevärd interaktion inte bara mellan sumanen och metallsubstratet utan även mellan molekyler.

Intressant, elektronisk energiberäkning visade att bowl-up-tillståndet är mer stabilt än bowl-down-tillstånd med 0,1–0,8 eV, med en aktiveringsbarriär på 0,8 eV, vilket indikerar att sumanen-adlayern består av en helt enkel fas med den energimässigt gynnsamma bowl-up-konformationen. Den unika skålformade strukturen av sumanen gör att den kan växla mellan två diskreta tillstånd av skål-upp- och skål-ned-konformation. STM-resultat visade att skålinversion observeras induceras av när en STM-spets närmar sig sumanen, och aktiveringsbarriären reducerades genom tillvägagångssättet för denna Au-tips, bekräftar att lokal interaktion utlöser inversion. Dessutom, genom att ställa in sådan lokal metall-molekyl-interaktion med hjälp av STM-spetsen, sumanene buckybowl uppvisar strukturell bistabilitet, där omkopplingshastigheten är två storleksordningar snabbare än den för den stokastiska inversionsprocessen.

Denna strukturella omkopplare av ytadsorberad sumanen kan ge nya insikter i funktionsprinciperna för mekano-elektroniska omkopplare och minne i energibesparande elektroniska enheter, som vinner stor popularitet.