A team led by Jia Jinfeng and Xue Qikun at the CAS Institute of Physics has fabricated for the first time many kinds of artificial nanocluster crystals on Si substrate, by using magic clustering process on a periodic template.

The figure shows a scanning tunneling microscopy image of the Al artificial nanocluster crystal (the distance between two neighboring Al clusters (the bright spots) is 2.7nm).

    A team led by Jia Jinfeng (Jin-Feng JIA) and Xue Qikun (Qi-Kun XUE) at the CAS Institute of Physics (IOP) has fabricated for the first time many kinds of artificial nanocluster crystals on Si substrate, by using magic clustering process on a periodic template. Their work has been reported by many international scientific journals and media, including Phys. Rev. Focus, Nature, Science News, and MRS Bulletin.

    Fabrication and understanding of nanoclusters have become one of the most exciting research areas. This is driven by their great potential applications in technology and scientific significance to bridge our understanding between molecular and condensed matter physics. The beneficial structural, electronic, optical, magnetic and chemical properties of nanoclusters can be applied in many fields, for examples, nanocatalysis, optical and electronic devices, single-electronic devices, ultrahigh-density magnetic recording, quantum computing, and quantum cryptography.

    Because the properties of nanoclusters are size and composition specific, it is possible to design custom-made materials with desired properties by choosing correct size and composition of clusters. However, a practical problem is that the unique properties of nanocluster materials are often smeared by their in-homogeneity with broad size distribution and random spatial arrangement. It becomes critical for their practical applications to fabricate stable ordered identical size nanocluster arrays.

    The IOP group solved the problem by inventing a novel way to coax metal atoms into arrays of evenly-distributed identical clusters in which surface mediated magic clustering was used to achieve identical cluster size, while the Si(111)-7 * 7 surface was used as a template for ordering the clusters.

    Their work is also of significance for basic research. As a periodical array of identical nanoclusters is an ideal model system for the study of single nanocluster and interactions between the clusters. In many aspects, nanoclusters are artificial atoms. Therefore, a periodic lattice of the clusters with the same nanometer size and spacing is an artificial nanocluster crystal. This new form of condensed matter provides unprecedented opportunities for exploring the law of physics that nature rarely provides.