烷基羧酸非金分子結(jié)的構(gòu)筑及其電子傳輸特性研究.pdf

1、金屬-分子-金屬結(jié)由于分子器件的興起而廣泛受到關(guān)注，其是構(gòu)建替代傳統(tǒng)硅基固體電子器件重要基礎(chǔ)。單分子結(jié)中電子運(yùn)輸受很多因素的影響，如:分子的結(jié)構(gòu)、接觸構(gòu)型、錨定基團(tuán)和電極材料等。烷基羧酸類分子是分子結(jié)研究中的一個(gè)典型代表之一，系統(tǒng)研究其與不同非金金屬電極作用下的電子輸運(yùn)，有助于進(jìn)一步理解電子在分子水平上的運(yùn)輸特性，從而為設(shè)計(jì)分子器件提供指導(dǎo)和新的途徑。本文運(yùn)用基于跳躍接觸的電化學(xué)掃描隧道顯微鏡裂結(jié)法（ECSTM-BJ），以Pd、Ag、C

2、u為金屬電極，對(duì)飽和二羧酸同系物及其具有多條鏈結(jié)構(gòu)的衍生物進(jìn)行電導(dǎo)測(cè)量研究。具體工作如下:
　　1、以Pd為金屬電極，飽和烷基羧酸(COOH-(CH2)n-COOH(n=0～5))為目標(biāo)分子，系統(tǒng)測(cè)量了以Pd為電極的烷基二羧酸的分子電導(dǎo)，其隨分子長(zhǎng)度增加的衰減指數(shù)βN為0.652每個(gè)亞甲基(-CH2)，接觸電導(dǎo)為97 nS。并在傳統(tǒng)STM-BJ基礎(chǔ)上進(jìn)一步驗(yàn)證了ECSTM-BJ的可靠性，獲得了超短鏈分子草酸分子結(jié)電導(dǎo)為130 nS

3、，證明了在超短鏈分子結(jié)中電子傳輸由“Through Bond”和“Through Space”共同決定。我們的工作為Pd電極單分子結(jié)的電導(dǎo)研究提供了新的方法。
　　2、系統(tǒng)研究了電化學(xué)環(huán)境與大氣環(huán)境下，以Pd、Ag、 Cu金屬電極飽和烷基羧酸的分子結(jié)電導(dǎo)衰減常數(shù)βN。在大氣環(huán)境下，金屬電極的能級(jí)與分子軌道能級(jí)發(fā)生了pinning effect，從而導(dǎo)致它們的勢(shì)壘相近，衰減常數(shù)βN都大約為1每個(gè)亞甲基(-CH2);在電化學(xué)環(huán)境中，可

4、以通過電極電位控制改變金屬費(fèi)米能級(jí)，從而改變與分子前線軌道的耦合程度打破了pinning effect，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式換算，在電化學(xué)實(shí)驗(yàn)中Pd、Ag和Cu和分子軌道的勢(shì)壘大約分別是1.22 eV、1.32 eV、1.63 eV，所以衰減常數(shù)βN展現(xiàn)出Pd(0.65)＜Ag(0.71)＜Cu(0.95)順序，本部分工作說明了環(huán)境對(duì)電子在分子結(jié)中傳輸有著重要的影響。
　　3、我們以己二酸、反式環(huán)己二酸和二環(huán)[2.2.2]辛烷-1,4二羧

5、酸為目標(biāo)分子，Cu、Ag為金屬電極測(cè)得了其分子結(jié)電導(dǎo)。利用其分子自身結(jié)構(gòu)性質(zhì)，研究了電子在單條和多條烷基鏈二羧酸分子的的傳輸規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)電子傳輸在電子相干波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，量子干涉對(duì)電子傳輸作用就會(huì)凸顯。因此具有兩條鏈的反式環(huán)己二酸的電導(dǎo)是一條鏈已二酸電導(dǎo)的2.4倍（Ag電極）、2.5倍（Cu電極），這是由于增強(qiáng)性量子干涉引起的;而具有三條烷基鏈二環(huán)[2.2.2]辛烷-1，4二羧酸分子電導(dǎo)比二條鏈反式環(huán)已二酸還小，這可能是由于破壞性量子干

6、涉所導(dǎo)致的，這為我們?cè)O(shè)計(jì)不同性能的分子導(dǎo)線提供了新的途徑。
　　4、利用傳統(tǒng)STM-BJ方法，以Au為電極，測(cè)得f-TPE-PPy與l-TPE-PPy分子結(jié)電導(dǎo)相近，約為1.5 nS;f-TPE-PEPy與l-TPE-PEPy的也相近，約為0.5 nS。f-TPE-PPy與f-TPE-PEPy分子內(nèi)均具有一對(duì)折疊苯環(huán)，其可在空間產(chǎn)生π-π重疊作用，實(shí)驗(yàn)和理論均證明該類分子中電子傳輸機(jī)理是由通過鍵和通過空間隧穿共同作用。重疊的π鍵作