论文部分内容阅读
金属原子线和分子结存在特殊的量子输运性质,如金属原子线存在量子化电导的新颖现象,分子结存在负微分电阻、整流、开关、场效应晶体管等行为,有望将其用于纳电子器件和分子电子器件。金属原子线和分子结电导受到很多因素的影响,如金属自身性质、周围环境,分子结的电导还会受到分子自身性质以及分子与电极的接触等方面的影响。常温常压下,传统的扫描隧道显微镜裂结法(STM-BJ)通常适合构建和研究少数不易受外界因素影响的、具有单通道导电机理的Au原子线电导以及以其作为电极的单分子结电导,从而限制了对过渡金属原子线以及非金分子结电导的研究。基于以上考虑,本文利用新发展的基于跳跃接触的电化学扫描隧道显微镜裂结法(ECSTM-BJ),系统研究了以Cu和Ag为电极的烷基二羧酸分子结电导；研究了未见文献报道的Cd原子线电导以及电化学调控；同时,以Cd为电极研究了非氧化还原型分子结的电导及其电化学调控。具体如下：1、系统测量了烷基二羧酸(HOOC-(CH2)n-COOH,n=1-5)搭建在金属Cu和Ag电极上的单分子结电导。研究结果表明：单分子结的电导与金属电极的材料和分子长度有关,以Cu为电极时,其衰减常数为0.95±0.02对每个亚甲基,而以Ag为电极时,其衰减常数为0.71±0.03对每个亚甲基。另外接触电导的大小关系为：Gn=0,Cu>Gn=0,Ag。这些差别可能是由于分子与电极的耦合程度不同造成的。以乙二酸为目标分子的超短链分子结的电导结果显示：当搭建在电极两端的分子非常短时,电子的传输以空间隧穿为主。2、在电化学条件下对软质金属Cd原子线的电导进行了测量,(1)当保持偏压不变,基底电位从15mV变到60mV时,其原子线电导从0.4G0变到了0.89G0；(2)当保持针尖电位不变,偏压从25mV变到225mV时,其原子线电导由0.45G0变到了0.94G0。究其原因可能是电位的改变,使金属Cd的费米能级发生了移动,原子线的导电通道数及透射系数发生改变。通过该方法,我们实现了对Cd原子线电导的电化学调控。3、在电化学环境下研究了以Cd为电极的单分子结电导的相关性质。对于Cd-对苯二甲酸-Cd分子结,当基底电位从35mV变到75mV时,其分子结电导的低值由55nS变到了120nS,而高值由220nS变到了340nS;Cd-丁二酸-Cd分子结的电导不会发生变化,说明电导的改变不是由于Cd和羧酸基团键合能力改变引起。另外,对Au-对苯二甲酸-Au分子结的电化学调控研究表明,其电导不随电极电位改变而变化,证明Cd电极在调控中的重要作用。以上研究表明,Cd-对苯二甲酸-Cd分子结电导存在电化学调控现象,可归结于Cd电极与对苯二甲酸的能级耦合改变引起。