金屬原子線和分子結(jié)的STM裂結(jié)技術(shù)構(gòu)建及其量子輸運(yùn)研究.pdf

1、金屬原子線和金屬-分子-金屬結(jié)(分子結(jié))表現(xiàn)出特殊的量子輸運(yùn)性質(zhì)，是納電子學(xué)和分子電子學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容。單分子結(jié)電導(dǎo)受到自身結(jié)構(gòu)、金屬與分子之間的接觸構(gòu)型和能級(jí)耦合及周圍環(huán)境等因素的影響，其機(jī)理仍需進(jìn)一步探討，其中金屬原子線和分子結(jié)的構(gòu)建和電導(dǎo)測(cè)量是關(guān)鍵問(wèn)題。STM裂結(jié)法(STM-BJ)是構(gòu)建分子結(jié)的成功方法之一。然而，迄今為止的所有STM-BJ實(shí)驗(yàn)，無(wú)論是真空中、大氣下，還是電化學(xué)中，都從相同金屬材料的針尖和基底開(kāi)始，導(dǎo)致缺乏普適性，

2、如對(duì)一些軟質(zhì)金屬或難以依靠機(jī)械撞擊形成原子線的過(guò)渡金屬的研究較為困難，由此也限制了以這些金屬作為電極的分子結(jié)構(gòu)建及其電導(dǎo)的系統(tǒng)研究，迫切需要尋找新的技術(shù)來(lái)獲得突破。 本論文針對(duì)納電子學(xué)和分子電子學(xué)的研究現(xiàn)狀和問(wèn)題，在建立STM-BJ測(cè)量平臺(tái)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索單分子結(jié)電導(dǎo)及其影響因素；同時(shí)，發(fā)展STM-BJ技術(shù)，建立構(gòu)建金屬原子線及其電導(dǎo)測(cè)量的新方法，使STM-BJ技術(shù)更具普適性，并能應(yīng)用于構(gòu)建非金電極的金屬-分子-金屬結(jié)及其電

3、導(dǎo)測(cè)量。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下： 1、搭建了STM-BJ電導(dǎo)測(cè)量平臺(tái)。以Au為電極，研究了4，4'-聯(lián)吡啶(BPY)及其中間插入共軛CH=CH鍵(BPY-EE)和非共軛CH2-CH2鍵(BPY-EA)的衍生物單分子結(jié)的電導(dǎo)。研究結(jié)果表明，這類分子都存在高、低兩套電導(dǎo)值，每套電導(dǎo)大小的順序皆為：BPY>BPY-EE>BPY-EA，且高值電導(dǎo)是低值電導(dǎo)的8-10倍，高、低電導(dǎo)由分子的錨定基團(tuán)與金屬電極的接觸構(gòu)型不同引起的。BPY-E

4、A和BPY-EE電導(dǎo)的差異，揭示了在兩個(gè)吡啶環(huán)中間插入CH2-CH2和CH2=CH2對(duì)分子內(nèi)電子耦合的影響。 2、提出和建立了基于jump-to-contact機(jī)制的電化學(xué)STM-BJ方法，用于測(cè)量金屬原子線電導(dǎo)。運(yùn)用電化學(xué)STM-BJ方法，結(jié)合離子液體，成功測(cè)量了Cu、Pd和Fe三種不同性質(zhì)的金屬原子線電導(dǎo)，演示了該方法的可行性和普適性，在構(gòu)建過(guò)渡金屬原子線及其電導(dǎo)測(cè)量方面具有優(yōu)勢(shì)。所測(cè)的Cu，Pd和Fe的原子線電導(dǎo)分別為1

5、G0、0.9 G0和0.86 G0。 3、運(yùn)用電化學(xué)STM-BJ方法現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建了Cd-Au和Zn-Au合金原子線并測(cè)量其電導(dǎo)。研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)基底和針尖電位可以改變Cd-Au合金的原子線電導(dǎo)；在進(jìn)一步改進(jìn)電化學(xué)STM-BJ方法的基礎(chǔ)上，嘗試了構(gòu)建不同金屬電極材料的分子結(jié)，初步研究了 Cu-HOOC(CH2)2COOH-Cu的電導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)與Au-HOOC(CH2)2COOH-Au電導(dǎo)存在明顯差異。 4、作為另一部分獨(dú)立工作，利用