水分子在Bi(111)表面上的吸附和自组装

利用低温扫描隧道显微镜(STM)研究了水分子在半金属Bi(111)表面的吸附和自组装.当沉积速率比较低时,水分子主要以单体和二聚体的形式吸附在衬底表面.高分辨STM图表明,水单体平躺在衬底表面且占据on-top位.水二聚体表现为平行于衬底晶轴方向的两个亮点.当沉积速率比较高时,水分子自组装为单分散的六聚体阵列.每个六聚体表现为由3个亮点组成的三角形,其3个边分别平行于衬底晶轴方向.进一步分析表明,六聚体的3个亮点来自处于高位的3个水分子,一个H原子指向衬底上方,另一个H原子用于分子间氢键.处于低位的另外3个水分子,两个H原子参与分子间的氢键作用,因而在STM图中不易被观察到.我们认为,在半金属Bi(111)表面上水分子的自组装是一个动力学控制的生长过程.