لقد أكد باحثون في BESSY II تجريبيًا أن سلاسل الفوسفور ذاتية التجميع على سطح فضي تظهر خصائص إلكترونية أحادية البعد حقًا. من خلال فصل الإشارات من السلاسل المحاذية في اتجاهات مختلفة، كشف الفريق عن هيكل الإلكترونات أحادي البعد المميز لكل سلسلة. تشير النتائج إلى أن زيادة كثافة السلاسل قد تحول المادة من سلوك شبه موصل إلى سلوك معدني.
لقد أكد باحثون في منشأة BESSY II للإشعاع المتزامن لأول مرة تجريبيًا أن سلاسل قصيرة من ذرات الفوسفور يمكن أن تستضيف سلوكًا إلكترونيًا أحادي البعد حقيقيًا. تتجمّع هذه السلاسل ذاتيًا على ركيزة فضية تحت ظروف خاضعة للرقابة، مكونة خطوطًا مستقيمة في ثلاث اتجاهات متميزة مفصولة بزوايا 120 درجة. بينما تبدو السلاسل هيكليًا أحادية البعد، كانت التفاعلات الجانبية المحتملة بين السلاسل المجاورة قد أثارت أسئلة سابقة حول خصائصها الإلكترونية. للتحقيق، استخدم الدكتور أندريه فاريخالوف وزملاؤه مجهر نفقي مسحي مبرد لإنشاء وتصوير سلاسل الفوسفور. ثم استخدموا مطيافية الصورة الإلكترونية المحلولة زاويًا (ARPES) في BESSY II لرسم الهيكل الإلكتروني. «حققنا نتائج عالية الجودة جدًا، مما مكننا من ملاحظة موجات إلكترونية ثابتة تتشكل بين السلاسل»، يقول فاريخالوف. من خلال فصل الإشارات بعناية من ثلاثة مجالات سلاسل موجهة بشكل مختلف، عزل الدكتور ماكسيم كريفينكوف والدكتورة ماريام ساجدي بصمة كل سلسلة الإلكترونية. أظهر هذا التحليل أن الإلكترونات محصورة في بعد واحد داخل سلاسل فردية. «من خلال تقييم دقيق جدًا للقياسات في BESSY II، لقد أظهرنا الآن أن مثل هذه سلاسل الفوسفور تمتلك حقًا هيكلًا إلكترونيًا أحادي البعد»، يقول البروفيسور أوليفر رادر، رئيس قسم السبين والطوبولوجيا في المواد الكمومية في HZB. بالإضافة إلى ذلك، «يمكننا فصل إشارات ARPES من هذه المجالات وبالتالي إثبات أن هذه السلاسل الفوسفورية 1D تمتلك فعليًا هيكل إلكتروني 1D مميز جدًا»، يضيف كريفينكوف. تدعم حسابات نظرية الوظيفة الكثافية هذه النتائج وتتنبأ بانتقال طور: عندما تكون السلاسل متباعدة أكثر، يتصرف المادة كموصل شبهي، لكن التراص الأكثر إحكامًا في مصفوفة ثنائية الأبعاد سيجعلها معدنية. يفتح الدراسة آفاقًا جديدة في علوم المواد، خاصة للهياكل أحادية البعد المشتقة من مواد ثنائية الأبعاد مثل الفوسفورين. «لقد دخلنا هنا مجال بحث جديد، أرض غير مسطرة حيث من المحتمل العثور على العديد من الاكتشافات المثيرة»، يقول فاريخالوف. تظهر البحوث في Small Structures (2025؛ 6(12))، DOI: 10.1002/sstr.202500458.