Nanoporous 2D materials

Scanning tunneling microscopy topograph of a purely carbon covalent network prepared on Au(111), overlaid with its atomic structure as optimized via density functional theory calculations (the dashed lines highlight the Kagomé lattice).

Periodic structuration of 2D crystals is a promising approach to enrich their electronic properties and accordingly to generate non trivial electronic phases. Beyond “soft” methods which have been used for this purpose, which consist in creating deformation patterns, “hard” ones, aiming at periodic nanoporous 2D crystals, are in their infancy. Indeed, top-down methods (lithography of plain 2D crystals) do not offer sufficient spatial resolution, and bottom-up methods (assembly of well-chosen molecular building-blocks) face severe difficulties in terms of long-range order. In collaboration with our colleagues at FEMTO-ST, we develop such new methods. One of them is a convergent synthesis reaction occurring at metallic surfaces, an aldol condensation, which yields a fully covalent, purely carbon network, presenting pores typically 1 nm-large. Such a network, if fully-ordered, is expected to exhibit a non-trivial topology of its electronic band structure, with linearly-dispersing bands (such as found in graphene) and flat-bands, which are typical of a Kagomé lattice.

Scanning tunneling microscopy topograph of a purely carbon covalent network prepared on Au(111), overlaid with its atomic structure as optimized via density functional theory calculations (the dashed lines highlight the Kagomé lattice).

- J. Landers et al. Convergent fabrication of a nanoporous two-dimensional carbon network from an aldol condensation on metal surfaces.2D Materials (2014)

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