金屬原子線和分子結的STM裂結技術構建及其量子輸運研究.pdf

1、金屬原子線和金屬-分子-金屬結(分子結)表現(xiàn)出特殊的量子輸運性質(zhì)，是納電子學和分子電子學的重要研究內(nèi)容。單分子結電導受到自身結構、金屬與分子之間的接觸構型和能級耦合及周圍環(huán)境等因素的影響，其機理仍需進一步探討，其中金屬原子線和分子結的構建和電導測量是關鍵問題。STM裂結法(STM-BJ)是構建分子結的成功方法之一。然而，迄今為止的所有STM-BJ實驗，無論是真空中、大氣下，還是電化學中，都從相同金屬材料的針尖和基底開始，導致缺乏普適性，

2、如對一些軟質(zhì)金屬或難以依靠機械撞擊形成原子線的過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構建及其電導的系統(tǒng)研究，迫切需要尋找新的技術來獲得突破。 本論文針對納電子學和分子電子學的研究現(xiàn)狀和問題，在建立STM-BJ測量平臺的基礎上，進一步探索單分子結電導及其影響因素；同時，發(fā)展STM-BJ技術，建立構建金屬原子線及其電導測量的新方法，使STM-BJ技術更具普適性，并能應用于構建非金電極的金屬-分子-金屬結及其電

3、導測量。主要研究內(nèi)容和結論如下： 1、搭建了STM-BJ電導測量平臺。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)的衍生物單分子結的電導。研究結果表明，這類分子都存在高、低兩套電導值，每套電導大小的順序皆為：BPY>BPY-EE>BPY-EA，且高值電導是低值電導的8-10倍，高、低電導由分子的錨定基團與金屬電極的接觸構型不同引起的。BPY-E

4、A和BPY-EE電導的差異，揭示了在兩個吡啶環(huán)中間插入CH2-CH2和CH2=CH2對分子內(nèi)電子耦合的影響。 2、提出和建立了基于jump-to-contact機制的電化學STM-BJ方法，用于測量金屬原子線電導。運用電化學STM-BJ方法，結合離子液體，成功測量了Cu、Pd和Fe三種不同性質(zhì)的金屬原子線電導，演示了該方法的可行性和普適性，在構建過渡金屬原子線及其電導測量方面具有優(yōu)勢。所測的Cu，Pd和Fe的原子線電導分別為1

5、G0、0.9 G0和0.86 G0。 3、運用電化學STM-BJ方法現(xiàn)場構建了Cd-Au和Zn-Au合金原子線并測量其電導。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；在進一步改進電化學STM-BJ方法的基礎上，嘗試了構建不同金屬電極材料的分子結，初步研究了 Cu-HOOC(CH2)2COOH-Cu的電導，發(fā)現(xiàn)與Au-HOOC(CH2)2COOH-Au電導存在明顯差異。 4、作為另一部分獨立工作，利用