Peneliti di BESSY II telah memverifikasi secara eksperimental bahwa rantai fosfor yang dirakit sendiri pada permukaan perak menunjukkan sifat elektronik satu dimensi yang sebenarnya. Dengan memisahkan sinyal dari rantai yang selaras dalam arah berbeda, tim mengungkap struktur elektron satu dimensi yang khas dari setiap rantai. Temuan menunjukkan bahwa meningkatkan kepadatan rantai dapat mengubah material dari perilaku semikonduktor menjadi perilaku logam.
Peneliti di BESSY II, fasilitas radiasi sinkrotron, untuk pertama kalinya mengonfirmasi secara eksperimental bahwa rantai pendek atom fosfor dapat menampung perilaku elektronik satu dimensi yang sesungguhnya. Rantai ini merakit diri pada substrat perak di bawah kondisi terkendali, membentuk garis lurus dalam tiga arah berbeda yang dipisahkan oleh sudut 120 derajat. Meskipun rantai tampak secara struktural satu dimensi, interaksi lateral potensial antara rantai tetangga sebelumnya menimbulkan pertanyaan tentang sifat elektroniknya. Untuk menyelidiki, Dr. Andrei Varykhalov dan rekan-rekannya menggunakan mikroskop terowongan pemindaian kriogenik untuk membuat dan mengimage rantai fosfor. Kemudian mereka menggunakan spektroskopi fotoelektron resolus sudut (ARPES) di BESSY II untuk memetakan struktur elektronik. «Kami mencapai hasil berkualitas sangat tinggi, memungkinkan kami untuk mengamati gelombang stasioner elektron yang terbentuk antara rantai», kata Varykhalov. Dengan hati-hati memisahkan sinyal dari tiga domain rantai yang berorientasi berbeda, Dr. Maxim Krivenkov dan Dr. Maryam Sajedi mengisolasi tanda elektronik setiap rantai. Analisis ini menunjukkan bahwa elektron terkonfinasi dalam satu dimensi di dalam rantai individu. «Melalui evaluasi sangat menyeluruh dari pengukuran di BESSY II, kami sekarang telah menunjukkan bahwa rantai fosfor semacam itu benar-benar memiliki struktur elektronik satu dimensi», kata Profesor Oliver Rader, kepala departemen Spin dan Topologi di Material Kuantum di HZB. Selain itu, «Kami dapat memisahkan sinyal ARPES dari domain ini dan dengan demikian menunjukkan bahwa rantai fosfor 1D ini benar-benar memiliki struktur elektron 1D yang sangat khas», tambah Krivenkov. Perhitungan teori fungsi densitas mendukung hasil ini dan memprediksi transisi fase: ketika rantai lebih jauh terpisah, material berperilaku sebagai semikonduktor, tetapi pengemasan lebih rapat menjadi array dua dimensi akan membuatnya logam. Studi ini membuka jalan baru dalam ilmu material, khususnya untuk struktur satu dimensi yang berasal dari material dua dimensi seperti fosforen. «Kami telah memasuki bidang penelitian baru di sini, wilayah yang belum dipetakan di mana banyak penemuan menarik kemungkinan akan dibuat», kata Varykhalov. Penelitian muncul di Small Structures (2025; 6(12)), DOI: 10.1002/sstr.202500458.
