2D metal-organic framework of dicyanoanthracene on Au(111)
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-03-12
Department
Major/Subject
Engineering Physics
Mcode
SCI3056
Degree programme
Master’s Programme in Engineering Physics
Language
en
Pages
71
Series
Abstract
Two-dimensional metal-organic frameworks (2D MOFs) are single-atom-thick porous lattices comprising coordinating metal atoms and molecular ligands on an atomistically flat surface. Every component in the system can be varied, resulting in diverse structures exhibiting numerous different lattice symmetries as well as a rich variety of physics. 2D MOFs have been predicted to host exotic quantum-mechanical phenomena, perhaps most interestingly topological phases which make them especially appealing for applications in e.g. spintronics and quantum computing. However, despite numerous theoretical predictions, the realization of topological electronic states in 2D MOFs remains elusive. This thesis focuses on a 2D MOF of gold centers and 9,10-dicyanoanthracene (DCA) molecules in a kagome lattice symmetry - a structure predicted to be a topological insulator. The synthesis of the Au-DCA lattice onto a Au(111) surface was demonstrated and the structure was characterized by scanning tunneling microsopy (STM) and scanning tunneling spectrosopy (STS). The results obtained point towards an extensive electronic system throughout the lattice, perhaps even band formation. However, challenges in synthesis resulting in limited sample size as well as the metal substrate used prevent from drawing further conclusions. After this first step, the future research towards realizing the topological phase in the Au-DCA lattice is outlined by enhancing the lattice growth as well as synthesis onto a weakly interacting substrate.Kaksiulotteiset metalli-orgaaniset runkorakenteet (2D MOFit) ovat yhden atomikerroksen paksuisia huokoisia hilarakenteita, jotka koostuvat metalliatomikeskuksista sekä niihin koordinoituneista molekyyleistä atomistisen tasaisella pinnalla. Koska jokainen rakenteen komponentti on vaihdeltavissa, 2D MOFit ovat paitsi hilarakenteiltaan moninaisia myös fysikaalisilta ominaisuuksiltaan monipuolisia materiaaleja. Eksoottisten kvanttitilojen on ennustettu esiintyvän 2D MOFeissa, näistä kenties mielenkiintoisimpina topologiset faasit, joiden sovelluskohteisiin lukeutuvat mm. spintroniikka sekä kvanttitietokoneet. Lukuisista teoreettisista ennusteista huolimatta kokeellinen tutkimus ei kuitenkaan ole vielä onnistunut realisoimaan topologisia elektronisia tiloja 2D MOFeissa. Tämä diplomityö keskittyy Au-DCA 2D MOFiin, jonka kagome-hila koostuu kulta-atomeista ja 9,10-disyanoantraseenimolekyyleistä (DCA) ja jonka on ennustettu olevan topologinen eriste. Au-DCA-hilan synteseesi Au(111)-pinnalle demonstroitiin ja rakenne karakterisoitiin tunnelointimikroskoopilla (STM) sekä tunnelointispektroskopialla (STS). Tulokset viittaavat kauttaaltaan hilaan levinneeseen laajaan elektroniseen systeemiin, mahdollisesti jopa vyörakenteeseen. Enempien päätelmien tekeminen on kuitenkin haastavaa johtuen käytetystä metallisubstraatista sekä synteesihaasteista, jotka rajoittivat hilan kokoa. Tämän ensimmäisen askeleen jälkeen hilan koon kasvattaminen sekä synteesi heikosti vuorovaikuttavalle pinnalle viitoittavat tulevaa tutkimusta topologisen faasin saavuttamiseksi Au-DCA-hilassa.Description
Supervisor
Liljeroth, PeterThesis advisor
Yan, LinghaoKeywords
metal-organic framework (MOF), topological phase, topological insulator, scanning tunneling microscopy (STM), scanning tunneling spectroscopy (STS)