Molekulární nanostruktury na površích - Jan Čechal
Vysoké učení technické v Brně Vysoké učení technické v…
Molekulární nanostruktury na površích - Jan Čechal
Pro spintroniku a katalýzu

Můžeme naprogramovat hmotu tak, aby vytvořila definované struktury s atomární přesností?

Stránky skupiny (v anglickém jazyce)


Vedení

doc. Ing. Jan Čechal, Ph.D. doc. Ing. Jan Čechal, Ph.D.
Vedoucí výzkumné skupiny

Výzkumné oblasti

Funkční molekulární nanostruktury na površích: Příprava v UHV a in situ charakterizace.


Grafen: aktivní materiál pro řízení vlastností adsorbátů.


Povrchová analýza: LEEM, STM, XPS a ARPES.


 


Hlavní cíle

Vědecké zaměření skupiny Molekulární nanostruktury na površích spojuje dvě aktuální témata: molekulární samouspořádávání a grafen. Naše experimentální aktivita spočívá v přípravě supramolekulárních nanostruktur na površích kovů a grafenu a studiu procesu samouspořádávání a funkčních vlastností připravených supramolekulárch vrstev se zvláštním zřetelem na aplikace v katalýze a spintronice.

Dále spolupracujeme na projektech, ve kterých uplatňujeme naši expertízu v chemické analýze povrchových vrstev.


Výzkumné zaměření

Využití principu samouspořádávání umožňuje vytvářet nanostruktury s atomární přesností. Uspořádané supramolekulární soubory jsou vytvářeny se základních prvků, atomů a molekul, které jsou navrženy tak, aby za daných podmínek vytvořily definované struktury s danými funkčními vlastnostmi.

Grafen je dvojrozměrný materiál s unikátními mechanickými, optickými a mechanickými vlastnostmi. Mezi jeho nejzajímavější vlastnosti patří možnost řízení typu a koncentrace nositelů náboje externím elektrickým polem.

V rámci našeho výzkumu spojujícího tyto dvě atraktivní oblasti se zabýváme možnostmi využití externího řízení vlastností grafenu pro vytváření nových supramolekulárních nanostruktur a externího řízení jejich vlastností.


Výzkum zahrnuje následující témata:

Samouspořádané vrstvy molekulárních kvantových bitů

Molekulární nanomagnety jsou organické molekuly, v jejichž struktuře jsou atomy přechodných kovů či vzácných zemin. Jejich magnetické vlastnosti s sebou přinášejí perspektivní aplikace v budoucích magnetických či spintronických zařízeních. Stejně jako jiné systémy, které se mohou nacházet v superpozici dvou stavů, mohou být i molekulární nanomagnety využity jako kvantové bity (qubity), základní stavební prvky kvantového počítače. V tomto směru již bylo dosaženo výrazného pokroku týkajícího se zvýšení spinového relaxačního času, nicméně na cestě k plně funkčnímu kvantovému počítači zbývá překonat mnohé vědecké a technologické problémy. K nejdůležitějším úkolům patří příprava uspořádaných souborů vzájemně interagujících molekulárních qubitů, a to ve formě tenké vrstvy.

Naším cílem je vyvinout metodologii přípravy uspořádaných souborů magnetických molekul na povrchu vhodného substrátu využitím principů samouspořádávání. Toto představuje důležitý krok k realizaci sítí molekulárních kvantových bitů a případně i kvantového počítače.


Katalytické systémy založené na metalo-organických koordinačních sítích

Dvojrozměrné metalo-organické koordinační sítě jsou vytvářeny samouspořádáním deponovaných organických molekul (např. dikarboxylových kyselin) a atomů přechodných kovů na povrch kovových krystalů. Tyto sítě obsahují koordinačně nenasycené atomy kovů, které blízce připomínají aktivní centra enzymů (proteiny katalyzující chemické reakce). Realizace obdobných systémů na površích otvírá nové možnosti ve vývoji efektivních a selektivních katalyzátorů. Náš výzkum odhalil, že atomy železa v těchto systémech jsou schopny vázat molekuly CO2 za nízkých teplot.

Abychom popsali kinetiku a dynamiku interakce CO2 s nenasycenými kovovými centry a pochopili její mechanizmus, provádíme experimenty, kde sledujeme adsopci CO2 na atomární/molekulární úrovni pomocí rastrovací tunelové mikroskopie (STM). Dále studujeme vliv atomu kovu, substrátu a organických ligandů na aktivitu systému. Modelový systém obsahující železo, které je přítomno v aktivních centrech enzymů v anaerobních bakteriích, může být dále rozvíjen, například nahrazením atomů železa za atomy hořčíku, který je aktivním centrem v chlorofylu.


Novinky

Všechny novinky