Новости физики

Новости науки 31.12.01. Не из любого металла можно сформировать одноатомную цепочку.

Миниатюризация имеет свои пределы, например, наиболее тонкая металлическая проволока, которую только можно себе вообразить, - одноатомная цепочка. Однако возникает множество вопросов: какой может быть предельная длина одноатомной цепочки для различных металлов, как происходит образование и разрыв такой цепочки и т.д. Ученые из технического университета Лингбю исследователи возможность формирования одноатомных цепочек для разных металлов и показали, что цепочки длиной в несколько атомов формируются только для некоторых металлов (золото и платина).

Рис.1. Модельная картинка формирования золотых (вверху) и медных (внизу) одноатомных цепочек - слева направо эволюция структуры при растяжении.

Одноатомные металлические цепочки представляют собой очень интересный физический объект (наилучшее приближение к идеальной одномерной металлической системе) с необычными свойствами. Например, проводимость одноатомной золотой цепочки близка к квантовому пределу 2e²/h. Поэтому возможность получения одноатомных цепочек из различных металлов, механизм формирования, критическая длина цепочек являются сейчас объектом пристального изучения. Мы уже писали об экспериментальном и теоретическом исследовании процесса формирования и разрыва одноатомных золотых цепочек, выполненном датскими и испанскими учеными.

Продолжая исследования, датские ученые провели моделирование процесса формирования и разрыва одноатомных цепочек для нескольких металлов (никеля, палладия, платины, меди, серебра и золота) [1]. Было обнаружено, что только в двух случаях (для золота и платины) наблюдается тенденция к формированию одноатомных цепочек (с предельной длиной в пять атомов) - верхний ряд модельных картинок на рисунке, в то время как для остальных металлов происходит разрыв контакта, как только одноатомная цепочка образуется - нижний ряд модельных картинок на рисунке.

В чем же причина того, что во многом похожие 5d-металлы (золото и платина) и 4d-металлы (серебро и палладий) ведут себя по разному? Дело в том, что для золота и платины s электроны, в том числе и 6s электроны, в силу релятивистских эффектов более "поджаты" к ядру, а 5d электроны, наоборот, являются менее локализованными (из-за большего размера "внутренней части" атома - ядра, окруженного электронами внутренних оболочек - и более сильного кулоновского экранирования). Поэтому d-s гибридизация для 5d-металлов сильнее, чем для 4d- металлов, и образуемые электронами внешних оболочек связи прочнее для 5d- металлов.

При переходе от случая объемного материала, когда у каждого атома несколько соседей, к случаю цепочки, когда у атома остается всего два соседа, и для 4d-металлов, и для 5d-металлов оказывается выгодным уменьшение межатомных расстояний и увеличение энергии связи, однако, опять же, эффект "упрочнения связи" сильнее проявляется для 5d-металлов. Поэтому для золота и платины атомы могут "вытягиваться" из "объемоподобных" краев контакта в цепочку, а для остальных металлов "цепочечная" связь между двумя атомами является наиболее слабым местом, и формирования одноатомной цепочки не происходит.

1. Sune R.Bahn and Karsten W.Jacobsen. Phys.Rev.Lett. v.87, 266101 (2001).