硅表面鐵磁錳單原子納米線的結構與生長機制研究取得進展

　　硅半導體表面重構以及表面吸附原子在硅表面上的自組裝研究是理論和實驗科學工作者長期以來共同關注的重要課題之一。由于MnSi等錳基化合物具有鐵磁性和較高的居里溫度，因此被認為是最有望實現自旋傳導的磁性材料。實驗發現，錳在室溫下可在硅(001)面上自組裝形成單原子納米線和小納米團簇，為研究該類磁性納米結構提供了一個良好的范例。

　　最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)王建濤研究員及其合作者美國內華達大學陳長風教授、北京大學王恩哥教授、日本東北大學金屬材料研究所川添教授等通過第一性原理計算，系統地研究了硅(001)表面上錳納米線和納米團簇的結構穩定性及其形成機制。

　　研究發現，錳在硅（001）面上形成一種新的magic 3n+1 atom dense trimerlike linear chains結構。動力學研究表明，錳原子在硅表面非常容易擴散，各向異性吸附導致納米線的形成。由于沿著錳納米線生長方向應力的作用，在表面槽上的兩個Mn原子形成dimerlike buckled結構，而在硅表面上的一個Mn原子被擠壓在硅表面原子層（dimer row）內，形成具有3個原子為周期的幻數納米線結構（見圖）。這種新的納米結構與III-族和V-族元素納米線有著本質的不同。III-族元素鎵等在硅（001）面上形成dimerlike linear chains結構[JPCM 20(2008) 445002]，而V-族元素鉍等在硅面上形成double-core 5-7-5 Bi nanolines結構[PRL 94(2005)226103]。

　　這些結果為在半導體硅表面上制備磁性納米結構提供了重要理論支撐，對理解硅表面重構及有關物性具有廣泛的科學意義。相關詳細內容發表于9月8日出版的美國《物理評論快報》[Phys. Rev. Lett. 105, 116102 (2010)]上。

　　該工作得到了國家自然科學基金委和中國科學院知識創新工程重要方向項目的支持。