近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室高鸿钧研究组博士生胡昊同学和导师高鸿钧研究员与美国犹他大学刘峰教授合作，在模板基底上有应变岛的受控成核研究中取得进展。研究结果发表在Phys. Rev. Lett. 101，216102(2008)上。

 

    表面结构和形貌在纳米量子结构的控制组装与生长方面具有重要作用，表面系统的应力是影响表面结构和形貌的一个重要因素。为了进一步研究基底形貌对纳米量子结构在表面上外延生长的影响，胡昊和高鸿钧研究员、刘峰教授，对模板化基底上异质外延生长的自组装量子点的成核生长进行了研究。从热力学上讲，表面上有应变量子点的生长是表面能和弹性弛豫能竞争的结果。基底的模板化，改变了基底的几何结构，引起了表面能和弹性弛豫能的变化。他们考虑了表面能各向异性效应，计算了表面能；应用Landau弹性格林函数方法，计算了弹性弛豫能，从而得到了系统的表面自由能。分析表明：由于表面能各向异性效应和更加有效的弹性弛豫，应变岛在模板化基底上的成核相对在平直基底上有很大增强，岛的成核临界尺寸和势垒都更低；这两个因素的相互竞争，驱使应变岛生长发生在表面的顶区域，或者在表面的谷区域，甚至在斜面上。这个理论解释了大部分现有实验的主要结果，对进一步控制量子点生长的实验有重要指导意义。

 

    纳米量子结构在固体表面上的控制组装与生长，是纳米量子器件及其特性研究的重要内容。在过去的十多年里，高鸿钧研究组对纳米结构在金属和半导体表面的生长模式与相互作用机制、物理性质等进行了系统研究。最近，他们发现PTCDA分子在NaCl表面生长多层膜时，由于应力与分子间相互作用的竞争，为去浸润生长模式；该研究证明了一种有机功能分子在绝缘体表面的去浸润生长模式及其生长机理[Phys. Rev. Lett. 100, 186204(2008)]。他们还进一步利用表面应力各向异性引起的金属Au(111)表面的重构，实现了在金表面上具有固定偏心轴的单分子转子。利用Au(111)重构表面三个不同的区域，他们实现了对单分子转动行为的量子调控，并且利用重构结构首次实现了单分子转子的大面积组装，为实用化单分子器件的构筑与集成提供了思路[Phys. Rev. Lett. 101，197209(2008)]。

 

    这项工作得到了国家自然科学基金，“973”项目和中国科学院的支持。