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本论文的工作主要是利用低温扫描隧道显微镜(LTSTM)来研究有机功能分子的电子态及自组装性质。研究的体系包括perylene/Ag(110),perylene/Au(111),(t-BU)4ZnPc/Au(111), Rotaxane和FePc/Au(111)。
Perylene/Ag(110)属于弱相互作用体系。在这种体系中,分子间相互作用以及分子-基底相互作用都很弱,从而实现分子的自组装是很困难的。笔者在实验中发现分子的排列方式对于生长条件很敏感。借助STM,本文研究了perylene分子排列的各种结构。另外,结合理论计算解释了STM在对这个体系成像过程中的奇特现象。
研究perylene薄膜在Au(111)表面上初期生长过程中的结构演化是基于实际应用中制备有序perylene多层膜而进行的。笔者研究了薄膜生长初期两个单分子层的结构,分析了此过程中结构演化的原因,为高质量多层膜的制备提供了有价值的信息。
对单分子(t-BU)4ZnPc在Au(111)表面的转动具有很大的应用前景。实验上,笔者利用Au(111)表面的重构结构制备出了有序的转动分子阵列。另外,研究了单个(t-BU)4ZnPc分子的吸附和电子态性质,以及有序的(t-BU)4ZnPc单层膜的电子态结构。
本文对Rotaxane分子的研究表明,单个的Rotaxane分子能够发生结构的可逆转变,而且Rotaxane的电学双稳态是由结构的变化而引起的。笔者利用低温STM对单个分子的研究为解决长期存在的有关Rotaxane开关特性机理的争论提供了非常有价值的信息。
磁性分子的近藤效应凭借其强大的应用前景成为最近的研究热点。本实验中观察到了磁性分子FePc在Au(111)表面上的近藤效应。实验结果表明,分子的吸附构型是分子近藤效应中很重要的一个角色。
本论文的研究工作都有其潜在或直接的应用背景。涉及的分子都是有机电子学领域中具有很大应用价值的功能分子。利用STM对这些体系的研究可以为有机功能器件的开发提供非常重要的信息。