磁性酞菁錳分子在半金屬表面的STM研究.pdf

1、在納米技術(shù)領(lǐng)域中，分子可作為自下而上構(gòu)建功能性納米結(jié)構(gòu)的重要基石?；谙冗M(jìn)的化學(xué)合成技術(shù)，人們利用分子的新奇性質(zhì)和分子納米結(jié)構(gòu)來筑造許多可控且靈活的分子器件。因此，功能性分子無疑會成為制備具有多功能的納米設(shè)備的基本材料之一。金屬表面分子吸附體系正好可用于研究分子在表面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為進(jìn)一步構(gòu)筑高功能分子納米結(jié)構(gòu)提供先決條件。同時(shí)，對分子在金屬表面的吸附體系的研究也有助于人們認(rèn)識表面物理、化學(xué)、生物現(xiàn)象。
　　目前，人們利用具有原子

2、分辨的表征和操縱能力的掃描隧道顯微鏡(STM)，并結(jié)合掃描隧道譜學(xué)(STS)及其他分析手段，在研究單分子吸附體系中已經(jīng)取得了豐碩的成果。當(dāng)然，STM也在金屬表面分子吸附體系研究中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。在本論文中，我們利用超高真空低溫掃描隧道顯微鏡研究了吸附在半金屬Bi(111)表面的磁性酞菁錳分子體系。
　　第一章介紹了納米科技的前沿知識和國際納米技術(shù)發(fā)展水平。各種新奇的低維材料的出現(xiàn)及其特殊性質(zhì)為納米科技的發(fā)展不斷注入新的活力。其次

3、，介紹了低維材料的制備及其表征方法，低維材料制備可以在原子級或分子級可控，而且可以原位生長和表征樣品，使得測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，進(jìn)而獲得樣品的本征特性。其中我們側(cè)重闡述了薄膜的成核與生長過程機(jī)制理論描述。最后，結(jié)合研究課題的內(nèi)容介紹了目前掃描隧道顯微鏡在研究金屬表面分子體系中取得的成果，如表面分子運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、表面分子操縱等等。
　　第二章主要介紹了本實(shí)驗(yàn)室使用的超高真空低溫強(qiáng)磁場STM系統(tǒng)USM1500。主要介紹了實(shí)驗(yàn)中所涉及的超高

4、真空技術(shù)、分子束外延技術(shù)、低溫強(qiáng)磁場技術(shù)以及STM的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。詳細(xì)地介紹了先進(jìn)的掃描隧道譜技術(shù)，該技術(shù)能夠表征樣品表面局域的電子態(tài)密度，并且能夠測量電子態(tài)密度分別以空間和能量為變量的分布。利用掃描隧道顯微鏡微分電導(dǎo)譜和成像技術(shù)能夠直接研究分子結(jié)構(gòu)、分子軌道及分子襯底之間的相互作用。
　　第三章介紹了我們利用低溫STM研究了半金屬Bi(111)表面上單個(gè)酞菁錳分子的吸附行為和轉(zhuǎn)動(dòng)特性。通過高分辨STM圖發(fā)現(xiàn)，在液氮溫度(7

5、8 K)下單個(gè)酞菁錳分子呈六角形形狀。利用STM操縱技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對單個(gè)酞菁錳分子的制動(dòng)，并通過對單分子的高低起伏和吸附構(gòu)型分析，確定分子在Bi(111)表面做非連續(xù)的中心轉(zhuǎn)動(dòng)。這種單分子轉(zhuǎn)動(dòng)是三種相對穩(wěn)定的吸附構(gòu)型交替變化的結(jié)果。結(jié)合STM的I-t譜技術(shù)，進(jìn)一步驗(yàn)證了單個(gè)MnPc分子的三種分子吸附構(gòu)型的存在。利用洛倫茲線形擬合對實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值擬合分析，得到單個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的MnPc分子在Bi(111)表面的三種不同的吸附構(gòu)型出現(xiàn)的概率及其相對能量，從

6、而確定出最穩(wěn)定的吸附構(gòu)型。
　　在第四章中，我們主要利用LT-STM的微分電導(dǎo)成像技術(shù)對包含有磁性酞菁錳分子的區(qū)域進(jìn)行成像，觀察表面局域電子態(tài)密度的分布。通過快速傅里葉變化(FFT)技術(shù)，我們發(fā)現(xiàn)在4.6 K和78K下單分子磁體對Bi(111)表面電子態(tài)密度的散射模式中存在背散射，并且在4.6 K下分子對表面態(tài)的散射模式依賴于分子在Bi(111)表面上的吸附方向，從而證明MnPc分子的自旋磁矩可以打破Bi(111)表面的時(shí)間反演對