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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2508.16798 (cond-mat)
[提交于 2025年8月22日 ]

标题: 分子工具用于非平面表面化学

标题: Molecular Tools for Non-Planar Surface Chemistry

Authors:Taleana Huff, Brandon Blue, Terry McCallum, Mathieu Morin, Damian G. Allis, Rafik Addou, Jeremy Barton, Adam Bottomley, Doreen Cheng, Nina M. Ćulum, Michael Drew, Tyler Enright, Alan T.K. Godfrey, Ryan Groome, Aru J. Hill, Alex Inayeh, Matthew R. Kennedy, Robert J. Kirby, Mykhaylo Krykunov, Sam Lilak, Hadiya Ma, Cameron J. Mackie, Oliver MacLean, Jonathan Myall, Ryan Plumadore, Adam Powell, Henry Rodriguez, Luis Sandoval, Marc Savoie, Benjamin Scheffel, Marco Taucer, Denis A.B. Therien, Dušan Vobornik
摘要: 扫描探针显微镜(SPM)对钝化硅表面的表面化学研究仅显示了平面内的化学反应,而对裸露硅的研究在分子附着后促进额外反应方面有限。 在这里,我们通过选择性吸附三维、硅特异性的“分子工具”实现了Si(100)上的后续反应。 在激活步骤之后,这些分子呈现出一个垂直于平面的自由基,既可以捐赠也可以接受分子片段,从而实现了多种尺度的应用,例如宏观尺度的可定制硅碳涂层或纳米尺度的探针介导的机械合成。 通过广泛分子设计标准可以创建许多这样的分子工具,这些标准促进了可重复性、表面特异性和实验可验证性。 这些标准通过一种模型分子工具四碘甲基锗烷($Ge(CH_{2}I)_{4}$;TIMe-Ge)进行了演示,实验验证通过SPM和X射线光电子能谱(XPS)进行,理论支持则通过密度泛函理论(DFT)研究提供。 有了这个框架,在硅上启用了广泛且多样的新分子工程技术能力。
摘要: Scanning probe microscopy (SPM) investigations of on-surface chemistry on passivated silicon have only shown in-plane chemical reactions, and studies on bare silicon are limited in facilitating additional reactions post-molecular-attachment. Here, we enable subsequent reactions on Si(100) through selectively adsorbing 3D, silicon-specific "molecular tools". Following an activation step, the molecules present an out-of-plane radical that can function both to donate or accept molecular fragments, thereby enabling applications across multiple scales, e.g., macroscale customizable silicon-carbon coatings or nanoscale tip-mediated mechanosynthesis. Creation of many such molecular tools is enabled by broad molecular design criteria that facilitate reproducibility, surface specificity, and experimental verifiability. These criteria are demonstrated using a model molecular tool tetrakis(iodomethyl)germane ($Ge(CH_{2}I)_{4}$; TIMe-Ge), with experimental validation by SPM and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and theoretical support by density functional theory (DFT) investigations. With this framework, a broad and diverse range of new molecular engineering capabilities are enabled on silicon.
评论: 稿件为1-37页,4幅图。补充信息为38-86页,含24幅图。
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall); 原子物理 (physics.atom-ph); 化学物理 (physics.chem-ph)
引用方式: arXiv:2508.16798 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2508.16798v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.16798
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Taleana Huff [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 8 月 22 日 21:04:01 UTC (4,253 KB)
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