Ус нь гурван төлөвт хуримтлагддаг гэдгийг хүн бүр мэддэг. Бид данхыг тавиад ус нь буцалж, ууршиж, шингэнээс хий болж хувирдаг. Бид үүнийг хөлдөөгчид хийж, мөс болж хувирч, шингэнээс хатуу төлөвт шилждэг. Гэсэн хэдий ч тодорхой нөхцөлд агаарт агуулагдах усны уур нь шингэн үе шатыг алгасаж, хатуу үе рүү шууд шилжиж болно. Бид энэ үйл явцыг үр дүнд нь мэддэг - өвлийн жавартай өдөр цонхны гоёмсог хэв маяг. Автомашины сонирхогчид салхины шилнээс мөсөн давхаргыг хусахдаа энэ үйл явцыг шинжлэх ухаанч биш, гэхдээ маш сэтгэл хөдлөм, тод эпитет ашиглан тодорхойлдог. Хоёр хэмжээст мөс үүсэх нарийн ширийн зүйлийг олон жилийн турш нууцалж байсан. Мөн саяхан олон улсын эрдэмтдийн баг анх удаа хоёр хэмжээст мөсний үүсэх явцад атомын бүтцийг төсөөлж чаджээ. Энэхүү энгийн мэт санагдах физик процесст ямар нууц нуугдаж байгаа вэ, эрдэмтэд үүнийг хэрхэн илрүүлж чадсан бэ, тэдний олдворууд хэр ашигтай вэ? Судалгааны бүлгийн тайланд энэ тухай өгүүлнэ. Яв.
Судалгааны үндэс
Хэрэв бид хэтрүүлбэл бидний эргэн тойрон дахь бараг бүх объект гурван хэмжээст юм. Гэсэн хэдий ч, хэрэв бид тэдгээрийн заримыг илүү нарийвчлан авч үзвэл хоёр хэмжээстийг олж болно. Аливаа зүйлийн гадаргуу дээр үүссэн мөсөн царцдас нь үүний тод жишээ юм. Ийм бүтэц байгаа нь шинжлэх ухааны нийгэмлэгийн хувьд нууц биш, учир нь тэдгээрт олон удаа дүн шинжилгээ хийсэн байдаг. Гэхдээ асуудал бол 2 хэмжээст мөс үүсэхэд оролцдог метастабил эсвэл завсрын бүтцийг төсөөлөхөд нэлээд хэцүү байдаг. Энэ нь улиг болсон асуудлуудтай холбоотой юм - судалж буй бүтцийн эмзэг байдал, эмзэг байдал.
Аз болоход орчин үеийн сканнердах аргууд нь дээжийг хамгийн бага нөлөөлөлтэйгээр шинжлэх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь дээр дурдсан шалтгааны улмаас богино хугацаанд хамгийн их өгөгдлийг олж авах боломжийг олгодог. Энэхүү судалгаанд эрдэмтэд контактгүй атомын хүчний микроскопыг ашигласан бөгөөд микроскопын зүүний үзүүрийг нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (CO) бүрсэн байна. Эдгээр сканнерын хэрэгслүүдийн хослол нь алт (Au) гадаргуу дээр ургасан хоёр хэмжээст хоёр давхаргат зургаан өнцөгт мөсний ирмэгийн бүтцийн бодит цагийн зургийг авах боломжийг олгодог.
Микроскопоор хоёр хэмжээст мөс үүсэх үед түүний бүтцэд хоёр төрлийн ирмэг (олон өнцөгтийн хоёр оройг холбосон сегментүүд) нэгэн зэрэг оршдог болохыг харуулсан: зигзаг (зигзаг) болон сандал хэлбэртэй (түшлэг).
Жишээ болгон графен ашиглан сандал (зүүн) ба зигзаг (баруун) ирмэгүүд.
Энэ үе шатанд дээжийг хурдан хөлдөөж, атомын бүтцийг нарийвчлан судлах боломжийг олгосон. Загварчлалыг мөн хийсэн бөгөөд үр дүн нь ажиглалтын үр дүнтэй давхцаж байв.
Зигзаг хавирга үүссэн тохиолдолд одоо байгаа ирмэг дээр нэмэлт усны молекул нэмж, бүх процессыг гүүрний механизмаар зохицуулдаг болохыг тогтоожээ. Гэхдээ сандлын хавирга үүссэн тохиолдолд нэмэлт молекул илрээгүй бөгөөд энэ нь хоёр давхаргат зургаан өнцөгт мөс, хоёр хэмжээст зургаан өнцөгт бодисын өсөлтийн талаархи уламжлалт санаатай эрс зөрчилдөж байна.
Эрдэмтэд яагаад ажиглалт хийхдээ сканнердах туннелийн микроскоп (STM) эсвэл дамжуулагч электрон микроскоп (TEM) гэхээсээ илүү контактгүй атомын хүчний микроскопыг сонгосон бэ? Бидний мэдэж байгаагаар сонголт нь хоёр хэмжээст мөсний богино настай, эмзэг бүтцийг судлахад бэрхшээлтэй холбоотой юм. STM нь өмнө нь янз бүрийн гадаргуу дээр ургасан 2 хэмжээст мөсийг судлахад ашиглагдаж байсан боловч энэ төрлийн микроскоп нь бөөмийн байрлалд мэдрэмтгий биш бөгөөд түүний үзүүр нь дүрсний алдаа үүсгэдэг. TEM нь эсрэгээрээ хавирганы атомын бүтцийг төгс харуулдаг. Гэсэн хэдий ч, өндөр чанартай зураг авахын тулд өндөр энергитэй электронууд шаардлагатай бөгөөд тэдгээр нь XNUMX хэмжээст мөсөнд илүү сул наалдсан ирмэгийг дурьдахгүйгээр ковалентаар холбогдсон XNUMX хэмжээст материалын ирмэгийн бүтцийг амархан өөрчлөх эсвэл бүр устгах боломжтой.
Атомын хүчний микроскоп нь ийм сул талгүй бөгөөд CO-аар бүрсэн үзүүр нь усны молекулуудад хамгийн бага нөлөө үзүүлж, гадаргуугийн усыг судлах боломжийг олгодог.
Судалгааны үр дүн
Зураг №1
Au(111) гадаргуу дээр 120 К-ийн температурт хоёр хэмжээст мөс ургасан бөгөөд зузаан нь 2.5 Å (1).
мөсний STM зураг (1c) болон харгалзах хурдан Фурье хувиргах дүрс (оруулсан 1) Au(111)-√3 x √3-30°-ийн үечлэлтэй, сайн эрэмблэгдсэн зургаан өнцөгт бүтцийг үзүүлэв. Хэдийгээр 2 хэмжээст мөсний H-холбогдсон үүрэн сүлжээ STM зураг дээр харагдаж байгаа ч захын бүтцийн нарийвчилсан топологийг тодорхойлоход хэцүү байдаг. Үүний зэрэгцээ ижил түүврийн талбайн давтамжийн шилжилт (Δf) бүхий AFM нь илүү сайн зураг өгсөн (1d), энэ нь бүтцийн сандал болон зигзаг хэлбэртэй хэсгүүдийг дүрслэх боломжийг олгосон. Хоёр хувилбарын нийт уртыг харьцуулж болох боловч өмнөх хавирганы дундаж урт нь арай урт байна (1b). Зигзаг хавирганы урт нь 60 Å хүртэл ургадаг боловч сандал хэлбэртэй хавирга нь үүсэх явцад согогтой болж, хамгийн их уртыг 10-30 Å хүртэл бууруулдаг.
Дараа нь янз бүрийн зүү өндөрт системчилсэн AFM дүрслэл хийсэн (2).
Зураг №2
AFM дохио нь дээд эрэмбийн цахилгаан статик хүч давамгайлж байх үед оройн хамгийн өндөр өндөрт хоёр хэмжээст хоёр давхаргат мөсөн дэх √3 x √3 дэд сүлжээнүүдийн хоёр багцыг тодорхойлсон бөгөөд тэдгээрийн нэгийг нь зурагт үзүүлэв. 2 (зүүн).
Зүүний доод өндөрт энэ дэд массивын тод элементүүд нь чиглэлийг харуулж эхэлдэг бөгөөд нөгөө дэд хэсэг нь V хэлбэрийн элемент болж хувирдаг (2a, төвд).
Зүүний хамгийн бага өндөрт AFM нь хоёр дэд сүлжээг холбосон тодорхой шугам бүхий зөгийн сархинаг бүтэцтэй бөгөөд H-бондыг санагдуулдаг (2a, баруун талд).
Нягтын функциональ онолын тооцоолол нь Au(111) гадаргуу дээр ургасан хоёр хэмжээст мөс нь хоорондоо холбогдсон хоёр давхар мөсний бүтэцтэй тохирч байгааг харуулж байна.2c), усны хоёр хавтгай зургаан өнцөгт давхаргаас бүрдэнэ. Хоёр хуудасны зургаан өнцөгт нь хоорондоо уялдаатай бөгөөд хавтгай дахь усны молекулуудын хоорондох өнцөг нь 120 ° байна.
Усны давхарга бүрт усны молекулуудын тал нь хэвтээ (субстраттай параллель), нөгөө тал нь босоо байрлалтай (субстраттай перпендикуляр), нэг O–H нь дээш эсвэл доош чиглэсэн байдаг. Нэг давхаргад босоо байрлалтай ус нь өөр давхарга дахь хэвтээ ус руу H-холбоосыг өгч, бүрэн ханасан H хэлбэрийн бүтэцтэй болно.
Дөрвөн туйлт (dz 2) үзүүрийг ашиглан AFM симуляци (2b) дээрх загварт үндэслэсэн нь туршилтын үр дүнтэй сайн тохирч байна (2a). Харамсалтай нь хэвтээ ба босоо усны ижил өндөр нь STM дүрслэлийн үед тэдгээрийг тодорхойлоход хэцүү болгодог. Гэсэн хэдий ч атомын хүчний микроскопийг ашиглах үед хоёр төрлийн усны молекулууд тодорхой ялгаатай байдаг (2a и 2b баруун) учир нь дээд зэрэглэлийн цахилгаан статик хүч нь усны молекулуудын чиг баримжаатай маш мэдрэмтгий байдаг.
Мөн дээд эрэмбийн цахилгаан статик хүч ба Паули түлхэлтийн хүчний харилцан үйлчлэлээр дамжуулан хэвтээ ба босоо усны OH чиглэлийг цаашид тодорхойлох боломжтой байсан. 2 и 2b (төв).
Зураг №3
Зургууд дээр 3 и 3b (1-р алхам) зигзаг болон түшлэгийн сэрвээний томруулсан AFM зургийг харуулж байна. Зигзаг ирмэг нь анхны бүтэцээ хадгалахын зэрэгцээ ургаж, сандал хэлбэртэй ирмэгийн өсөлтөөр ирмэг нь 5756 цагирагийн үечилсэн бүтцэд сэргээгддэг болохыг тогтоожээ. хавирганы бүтэц нь таван өнцөгт - долоон өнцөгт - таван өнцөгт - зургаан өнцөгтийн дарааллыг үе үе давтах үед.
Нягтын функциональ онолын тооцооноос харахад сэргээгдээгүй зигзаг сэрвээ болон 5756 сандлын сэрвээ нь хамгийн тогтвортой байдаг. 5756 ирмэг нь ханаагүй устөрөгчийн бондын тоог багасгаж, хүчдэлийн энергийг бууруулдаг хосолсон нөлөөллийн үр дүнд үүсдэг.
Эрдэмтэд зургаан өнцөгт мөсний суурь хавтгай нь ихэвчлэн зигзаг хавиргаар төгсдөг бөгөөд ханаагүй устөрөгчийн бондын нягтрал өндөр байдаг тул сандал хэлбэртэй хавирга байхгүй гэдгийг эрдэмтэд санаж байна. Гэсэн хэдий ч жижиг системүүд эсвэл орон зай хязгаарлагдмал тохиолдолд сандлын сэрвээ нь зөв дизайн хийснээр эрчим хүчийг бууруулж чадна.
Өмнө дурьдсанчлан мөсний өсөлтийг 120 К-д зогсоох үед дээжийг нэн даруй 5 К хүртэл хөргөж, метастаз буюу шилжилтийн ирмэгийн бүтцийг хөлдөөж, STM болон AFM ашиглан нарийвчилсан судалгаанд зориулж дээжийн харьцангуй урт хугацааг баталгаажуулахыг оролдсон. Мөн СО-ийн функциональ микроскопын үзүүрийн ачаар хоёр хэмжээст мөсний өсөлтийн процессыг сэргээх боломжтой болсон (зураг №3) нь метастаз болон шилжилтийн бүтцийг илрүүлэх боломжтой болсон.
Зигзаг хавирганы хувьд зарим тохиолдолд шулуун хавиргатай хавсарсан таван өнцөгт олддог. Тэд дараалан жагсаж, 2 х-ийн давтамжтай массив үүсгэж болно айс (айс нь хоёр хэмжээст мөсний торны тогтмол юм). Энэхүү ажиглалт нь зигзаг ирмэгүүдийн өсөлт нь тогтмол таван өнцөгт массив үүсэхээс эхэлдэг болохыг харуулж магадгүй юм.3, алхам 1-3), энэ нь таван өнцөгт (улаан сум) хоёр хос ус нэмнэ.
Дараа нь таван өнцөгтийн массивыг холбож, 56665 (3, үе шат 4), дараа нь илүү их усны уур нэмснээр анхны зигзаг төрхийг сэргээнэ.
Сандал хэлбэртэй ирмэгүүд нь эсрэгээрээ байдаг - таван өнцөгтийн массив байхгүй, харин ирмэг дээр 5656 гэх мэт богино зай ихэвчлэн ажиглагддаг. 5656 сэрвээний урт нь 5756-аас хамаагүй богино байна. Энэ нь 5656 сэрвээ нь 5756-аас өндөр ачаалалтай, тогтворгүй байдагтай холбоотой байж болох юм. 5756 сандалны сэрвээнээс эхлээд 575 цагираг нь хоёрыг нэмснээр 656 цагираг болж хувирдаг. усны уур (3b, үе шат 2). Дараа нь 656 цагираг нь хөндлөн чиглэлд ургаж, 5656 төрлийн ирмэгийг үүсгэдэг (3b, 3-р шат), харин хэв гажилтын энерги хуримтлагдсанаас хязгаарлагдмал урттай.
5656 сэрвээний зургаан өнцөгт дээр нэг хос ус нэмбэл хэв гажилтыг хэсэгчлэн сулруулж болох бөгөөд энэ нь дахин 5756 сэрвээ үүсэхэд хүргэнэ (3b, үе шат 4).
Дээрх үр дүн нь маш сайн үзүүлэлт боловч Au (111) гадаргуу дээрх усны уурын молекулын динамикийн тооцооноос олж авсан нэмэлт мэдээллээр тэдгээрийг дэмжихээр шийдсэн.
Хоёр хэмжээст давхар мөсөн арлууд гадаргуу дээр амжилттай, саадгүй үүссэн нь бидний туршилтын ажиглалттай нийцэж байна.
Зураг №4
Зураг дээр 4 Зигзаг хавирга дээр гүүрний хамтын үүсэх механизмыг алхам алхмаар үзүүлэв.
Энэхүү судалгааны талаархи хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийг тайлбартай доор харуулав.
Хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн №1
Зигзаг ирмэг дээр бэхлэгдсэн ганц таван өнцөгт нь өсөлтийг дэмжих орон нутгийн бөөмийн төв болж чадахгүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
Хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн №2
Үүний оронд эхний ээлжинд зигзаг ирмэг дээр үе үе боловч хоорондоо холбоогүй таван өнцөгт сүлжээ үүсдэг ба дараа нь орж ирж буй усны молекулууд нийлээд эдгээр таван өнцөгтийг холбох оролдлого хийснээр 565 төрлийн гинжин бүтэц бий болсон.Харамсалтай нь ийм бүтэц бий болсон. практик ажиглалтууд нь түүний ашиглалтын маш богино хугацааг тайлбарладаг.
Хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн 3 ба 4-р материал
Нэг хос ус нэмснээр 565 төрлийн бүтэц болон зэргэлдээх таван өнцөгтийг холбосноор 5666 төрлийн бүтэц үүсдэг.
5666 төрлийн бүтэц нь хажуу тийшээ ургаж 56665 төрлийн бүтцийг бүрдүүлдэг ба эцэст нь бүрэн холбогдсон зургаан өнцөгт тор болж хөгждөг.
Хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн 5 ба 6-р материал
Зураг дээр 4b өсөлтийг түшлэгтэй сандлын хавирганы хувьд харуулав. 575 төрлийн цагирагаас 656 төрлийн цагираг руу хөрвүүлэх нь доод давхаргаас эхэлж, нийлмэл 575/656 бүтцийг бүрдүүлж, туршилтаар 5756 төрлийн сэрвээнээс ялгах боломжгүй, учир нь зөвхөн хоёр давхаргат мөсний дээд давхаргыг дүрслэх боломжтой. туршилтуудын үеэр.
Хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн №7
Үүний үр дүнд 656-р гүүр нь 5656 хавирганы өсөлтийн бөөмийн төв болдог.
Хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн №8
5656 ирмэг дээр нэг усны молекул нэмэхэд маш хөдөлгөөнт хосгүй молекулын бүтэц үүсдэг.
Хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн №9
Эдгээр хосгүй усны молекулуудын хоёр нь дараа нь илүү тогтвортой долоон өнцөгт бүтэцтэй болж, 5656-аас 5756 болгон хувиргаж чадна.
Судалгааны нарийн ширийн зүйлстэй илүү дэлгэрэнгүй танилцахын тулд би үзэхийг зөвлөж байна .
Эпилог
Энэхүү судалгааны гол дүгнэлт нь өсөлтийн үеийн бүтцийн ажиглалтын зан байдал нь бүх төрлийн хоёр хэмжээст мөсөнд нийтлэг байж болох юм. Хоёр давхаргат зургаан өнцөгт мөс нь янз бүрийн гидрофобик гадаргуу болон гидрофобик хязгаарлагдмал нөхцөлд үүсдэг тул үүсэх нь субстратын үндсэн бүтцэд мэдрэмтгий бус тусдаа 2D талст (2D мөс I) гэж үзэж болно.
Эрдэмтэд тэдний дүрслэх техник нь гурван хэмжээст мөстэй ажиллахад хараахан тохиромжгүй гэж шударгаар хэлдэг боловч хоёр хэмжээст мөсийг судалсны үр дүн нь түүний эзлэхүүний харьцангуй үүсэх үйл явцыг тайлбарлах үндэс болж чадна. Өөрөөр хэлбэл, хоёр хэмжээст бүтэц хэрхэн үүсдэгийг ойлгох нь гурван хэмжээст бүтцийг судлах чухал суурь юм. Чухам энэ зорилгоор судлаачид цаашид арга зүйгээ сайжруулахаар төлөвлөж байна.
Уншсанд баярлалаа, сонирхож байгаарай, долоо хоногийг сайхан өнгөрүүлээрэй. 🙂
Зарим зар 🙂
Бидэнтэй хамт байсанд баярлалаа. Манай нийтлэл танд таалагдаж байна уу? Илүү сонирхолтой контент үзэхийг хүсч байна уу? Захиалга өгөх эсвэл найзууддаа санал болгох замаар биднийг дэмжээрэй, , Бидний танд зориулж бүтээсэн анхны түвшний серверүүдийн өвөрмөц аналоги: (RAID1 болон RAID10, 24 хүртэлх цөм, 40 ГБ хүртэл DDR4-тэй байх боломжтой).
Амстердам дахь Equinix Tier IV дата төвд Dell R730xd 2 дахин хямд байна уу? Зөвхөн энд Нидерландад! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - 99 доллараас! тухай уншина уу
Эх сурвалж: www.habr.com