基于电化学STM-BJ方法调控单分子结电导

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由于受到现有的光刻技术和量子力学定律的限制,基于硅基的微加工技术制备更小尺寸元件将会变得越来越难,而且很有可能无法正常运行。因此,分子电子学成为了目前研究的热点,它不仅满足了传统硅基电子器件小型化日益增长的技术要求,而且为分子水平上探索材料的内在特性提供了理想的窗口。因此,在将来它们很有可能部分取代传统的硅基器件。分子场效应晶体管、分子开关是最为常见的分子电子器件,可以通过调控金属单分子结的分子或电极的能级水平实现。随着研究的不断深入,在单分子水平上发现了许多电子输运新效应,包括电子力学、光声电子、量子干涉等。本论文使用电化学扫描隧道显微镜裂结法(ECSTM-BJ),以Au为金属电极,在1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIPF6)离子液体电化学环境下,分别对以二氢苯并噻吩(BT)为锚定基团的间位-BT和对位-BT分子、以二氢苯并噻吩(BT)为锚定基团的二茂铁系列分子、含钴过渡金属配合物(Co(SHBtPy)2(PF62)单分子结电导进行电化学调控研究。具体的工作内容如下:1、利用电化学STM-BJ方法,Au为金属电极,以具备量子干涉效应的间位-BT分子为目标分子,在1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIPF6)离子液体中进行了单分子结电导的电化学调控研究。结果表明,该间位-BT分子的量子干涉效应可通过控制电极电位进行有效调控且分子的氧化还原态并没有发生改变。随着电极电位的变化,间位-BT电导从小于10-6.0G0到10-3.3G0之间变化超过两个数量级,在有些电极电位下的电导值甚至大于对位-BT的电导值。结合理论计算表明,间位-BT分子有显著的破坏性量子干涉,该效应可被电极电位调控,理论模拟结果与实验相吻合。本工作表明在不改变分子氧化还原态的情况下,通过电化学门控可以调控量子干涉效应,为实现高开关比的分子开关提供了一种有效的途径。2、基于ECSTM-BJ方法,以Au为金属电极,在BMIPF6离子液体电化学环境下对二茂铁氧化还原中心对共轭分子进行电化学调控研究。实验结果表明,两个目标分子均可通过电化学调控单分子结电导;同时,电极电位的改变可以使二茂铁-BT分子(同环二茂铁-BT和异环二茂铁-BT)的氧化还原状态发生改变,实现门控作用,测量的电导值在氧化还原态附近均有最大电导值。3、基于ECSTM-BJ方法,以Au为金属电极,BMIPF6室温离子液体为介质,对含钴过渡金属配合物Co(SHBtPy)2(PF62单分子结进行电化学调控研究。根据一系列电极电位下测量的电导统计峰发现,电导值随着电极电位正移,Co(SHBtPy)2(PF62单分子结电导值先增大后减小(从10-4.1G0到10-3.6G0之间变化),并在分子氧化还原态附近电导值达到最大(10-3.6G0)。
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