Uutiset

Elektronien välinen vuorovaikutus nähty orgaanisessa molekyylissä

Tutkijat ovat havainneet ja kuvanneet yhden molekyylin sisällä tapahtuvia elektronien välisiä vuorovaikutuksia.

Tutkimuksen tavoitteena on ymmärtää molekyylien elektronirakennetta ja vuorovaikutusilmiöitä  paremmin, jotta tutkimustietoa voidaan hyödyntää optoelektroniikan sovelluksissa, kuten orgaanisissa valodiodeissa (OLED), orgaanisissa kanavavaikutustransistoreissa (OFET) ja aurinkokennoissa.

Nature Physics -lehdessä julkaistussa artikkelissa Aalto-yliopiston ja Zürichin yliopiston tutkijat esittelevät kobolttiftalosyaniini-molekyylillä tehtyjä mittauksia, joiden ymmärtämiseksi täytyy ottaa elektronien vuorovaikutusilmiöt huomioon. Uusi havainto vahvisti, että kokeellisesti mittaukset ja teorian pohjalta tehdyt ennusteet vastaavat toisiaan. ”Oli erittäin jännittävää nähdä, miten teoria ja kokeet tuottivat saman tuloksen”, Peter Liljeroth Atomic Scale Physics –ryhmästä kertoo.

Vasen: Kobolttiftalosyaniinin (CoPC) kemiallinen rakenne. Oikea: Kobolttiftalosyaniinin kokeelliset ja teoreettiset aaltofunktiot.

Quantum Many-Body Physics –ryhmän vetäjä Ari Harju pitää tärkeänä, että teoreettisesti ennustettuja, monimutkaisia ilmiöitä voidaan havaita kokeellisesti. ”Tämä on tärkeä askel kun halutaan ymmärtää, miten sähkövirta siirtyy yksittäisissä molekyyleissä ja molekyyliryppäissä.”

Tohtoriopiskelija Fabian Schulz havaitsi, että kobolttiftalosyaniinimolekyyleillä tehdyt mittaukset eivät vastanneet tällaisten mittausten tavanomaista tulkintaa. ”Mitatuissa niin sanotuissa tunnelointispektreissä  näkyi useita ylimääräisiä piikkejä paikoissa, joissa niitä ei olisi pitänyt olla lainkaan”, Schulz kertoo.

Kokeet tehtiin kobolttiftalosyaniinimolekyyleillä (CoPC), jotka olivat yhden atomin paksuisella boorinitridikerroksella iridiumpinnalla

Ari Harju toi esiin ajatuksen, että koetuloksia voitaisiin ymmärtää ottamalla huomioon elektronien väliset vuorovaikutukset, jotka tavallisesti ohitetaan tällaisten kokeiden tulkinnassa. Ari Harju tiimeineen yhteistyössä Zürichin yliopiston Ari P. Seitsosen kanssa laski teoreettiset ennusteet koetuloksille ottaen huomioon myös vuorovaikutusilmiöt.

Peter Liljerothin johtama Atomic Scale Physics ‑ryhmä on erikoistunut pyyhkäisytunnelointimikroskopiaan (STM), jossa näytteen rakenteellisia ja sähköisiä ominaisuuksia mitataan atomitason tarkkuudella käyttämällä pientä sähkövirtaa, joka kulkee terävän mittakärjen ja johtavan pinnan välillä.

Tunnelointimikroskoopin (STM) kuva  kobolttiftalosyaniinimolekyyleistä (CoPC) kahdessa eri varaustilassa.

Tässä tutkimuksessa Liljerothin ryhmä käytti STM-tekniikkaa pinnan yhden molekyylin läpi kulkevan virran mittaamiseen lisäämällä tai poistamalla eri energiatasoilla olevia elektroneja. Elektronit ”elävät” molekyylin sisällä ns. molekyyliorbitaaleilla, jotka määrittävät niiden energian ja kvanttimekaanisen aaltofunktion muodon. Näitä orbitaaleja voidaan tutkia kokeellisesti mittaamalla molekyylin läpi kulkevaa virtaa jännitteen funktiona.

Tutkimus tehtiin Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitoksella ja Zürichin yliopistolla. Aalto-yliopiston ryhmät kuuluvat Suomen Akatemian Matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöiden ja komponenttien ja Laskennallisen nanotieteen huippuyksiköihin. Tutkimusta ovat rahoittaneet Suomen Akatemia ja Euroopan tutkimusneuvosto ERC.

Nature Physics artikkeliin


Lisätietoa:

Peter Liljeroth
[email protected]
puh. +358 50 363 6115
http://physics.aalto.fi/groups/stm/

Ari Harju
[email protected]
puh. +358 50 571 0412
http://physics.aalto.fi/groups/comp/qmp

Teknillisen fysiikan laitos
Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu
http://physics.aalto.fi/

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Aalto University Meet Our Teachers SCI Janne Halme 2022. Photo: Mikko Raskinen.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Yliopistonlehtori Janne Halme: Aurinkoenergia on ihan huippua!

: Janne Halmetta inspiroi lehmuskuja, jossa yhdistyvät puut, lehdet ja valo, joka siivilöityy puiden välistä. Vaikka aurinkokennon avulla voidaan tuottaa sähköä, elämää ylläpitävää fotosynteesiä se ei pysty korvaamaan.
Annika Järvelin and Hanna Castrén-Niemi have spent three weeks at three different clinics in Helsinki. Photo: Otto Olavinen, Biodesign.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Neuvola täyttää sata vuotta – tutkijat selvittävät, miten neuvolan seuraavan vuosisadan tarpeisiin voitaisiin vastata terveysteknologiaa hyödyntäen

Tutkijat selvittävät sitä, miten neuvolan seuraavan vuosisadan tarpeisiin voitaisiin vastata Stanfordin yliopistosta lähtöisin olevien Biodesign-menetelmien keinoin.
Elias Rantapuska, photo by Evelin Kask
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

OP Ryhmän Tutkimussäätiöltä 1,2 miljoonaa euroa kolmen suomalaisyliopiston tutkimushankkeelle

Laadukasta tutkimusta ei synny ilman kallista tutkimusdataa ja ihmisiä, toteaa rahoitusalan ja rahoitusinstituutioiden tutkimushanketta Aalto-yliopiston kauppakorkeakoulussa johtava professori Elias Rantapuska.
students and a book shelf
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Välillisten verojen rooli kasvaa globaalisti

Välillisten verojen tarkoitus on paitsi fiskaalinen eli varojen kerääminen valtion kassaan, myös kulutuksen ohjaaminen halutulla tavalla joko keppiä tai porkkanaa käyttäen.