Research Abstract
ファン・デル・ワールス相互作用と界面における孤立した原子モデルの限界
Van der Waals interactions and the limits of isolated atom models at interfaces
2016年5月13日 Nature Communications 7 : 11559 doi: 10.1038/ncomms11559
ファン・デル・ワールス力は最も弱い力であるが、それにも関わらず凝縮や凝集の過程、そして原子・分子物質の相挙動を支配する最も決定的な相互作用である。それから生じる構造のモチーフとパターンを理解することは、ナノスケール領域の研究でますます重要になってきた。本研究では、希ガス原子対であるAr‐Xe、Kr‐Xe、そしてXe‐Xe間で発生する典型的なファン・デル・ワールス相互作用を、低温において原子間力顕微鏡のXeで修飾した原子間力顕微鏡の探針を用いて測定した。各希ガス原子は、銅の表面上に生成した2次元の金属有機構造体のノードサイトに固定した。測定した力の大きさは原子半径と共に増大することが分った。しかし、密度汎関数理論による詳細なシミュレーションでは、吸着にともなって発生する電荷の再分布によって、ファン・デル・ワールス力は最高2倍まで強くなることが明らかになった。このように、これら代表的な系におけるこの相互作用の純粋に原子的な記述は限界があることが実証された。
Corresponding Authors
Van der Waals forces are among the weakest, yet most decisive interactions governing condensation and aggregation processes and the phase behaviour of atomic and molecular matter. Understanding the resulting structural motifs and patterns has become increasingly important in studies of the nanoscale regime. Here we measure the paradigmatic van der Waals interactions represented by the noble gas atom pairs Ar–Xe, Kr–Xe and Xe–Xe with a Xe-functionalized tip of an atomic force microscope at low temperature. Individual rare gas atoms were fixed at node sites of a surface-confined two-dimensional metal–organic framework. We found that the magnitude of the measured force increased with the atomic radius, yet detailed simulation by density functional theory revealed that the adsorption induced charge redistribution strengthened the van der Waals forces by a factor of up to two, thus demonstrating the limits of a purely atomic description of the interaction in these representative systems.
