Исследователи из BESSY II впервые экспериментально подтвердили, что материал может демонстрировать одномерные электронные свойства. Команда изучала короткие цепи атомов фосфора, которые естественным образом располагаются под определёнными углами на серебряной поверхности. Применяя передовые методы измерения и анализа, они разделили сигналы, поступающие от цепочек, выровненных в разных направлениях. Работа показала, что каждая отдельная цепочка ведёт себя как реально одномерная электронная система.
Результаты также указывают на резкое изменение поведения в зависимости от того, насколько близко расположены цепочки. Когда цепочки находятся дальше друг от друга, материал ведёт себя как полупроводник. Однако, если они плотно упакованы, расчёты предсказывают, что он будет вести себя как металл.
В большинстве твёрдых тел атомы соединяются в трёх измерениях. Существуют и более экзотические случаи – например, углерод может образовывать графен, двумерную (2D) гексагональную сеть, в которой атомы соединяются только в одном слое. Фосфор также способен образовывать стабильные 2D-структуры.
Двумерные материалы вызывают большой интерес благодаря своим необычным электронным и оптическим свойствам. Теоретические исследования показывают, что дальнейшее уменьшение размерности материалов до одномерных структур может привести к ещё более замечательным электрооптическим эффектам.
В тщательно контролируемых условиях атомы фосфора могут организовываться в короткие прямые линии на серебряной подложке. Структурно эти линии выглядят одномерными. Однако соседние цепочки могут взаимодействовать друг с другом. Эти боковые взаимодействия могут изменять электронную структуру и потенциально нарушать истинное одномерное поведение. До сих пор исследователи не могли чётко измерить, были ли сами электроны ограничены одним измерением.
Учёные сначала создали и исследовали цепочки фосфора с помощью криогенного сканирующего туннельного микроскопа. Изображения показали, что на серебряной поверхности образуются короткие цепочки фосфора в трёх разных направлениях, расположенных под углом в 120 градусов относительно друг друга
Тщательно разделив вклады трёх цепочек с разной ориентацией, учёные смогли выделить электронную сигнатуру каждой цепочки, и таким образом продемонстрировать, что эти одномерные цепочки фосфора на самом деле также обладают очень чёткой одномерной электронной структурой.
