不同锚定基团的非金单分子结电导研究

摘要

分子电子学因提出在分子水平上取代传统硅基半导体晶体管等固体电子学元件而备受人们关注，其研究的的重要基础内容之一即为电子在单分子结中的量子传输特性。单分子结由于具有负微分电阻、场效应晶体管、整流、存储以及开关等功能，促进了纳电子器件和分子器件的实现。而单分子结电导受诸多因素的影响，如分子自身的结构特征、金属电极的种类、分子结所处的周围环境以及分子与锚定基团和电极之间的接触构型等。传统的扫描隧道显微镜裂结法(STM-BJ)法作为构建单分子结并测其电导的有力方法之一，也有其局限性，一般适合使用具有电化学惰性的Pt，Au等作为电极。因此本文运用了更具普适性的基于jump-to-contact的电化学STM-BJ法，系统研究了非金电极Cu、Ag对吡啶类单分子结的电导，并将这一方法扩展到其它锚定基团的单分子结电导的研究中。具体研究的内容如下:
　　1、利用STM-BJ和ECSTM-B法现场构筑了Au-吡啶类分子-Au、Cu-吡啶类分子-Cu、Ag-吡啶类分子-Ag单分子结并测量了其电导。结果表明:分别以Au、Cu、Ag为电极在酸性条件下测量的吡啶类单分子结电导都存在三套电导值，其大小顺序为Au＞Ag＞Cu，BPY＞BPY-EE＞BPY-EA，这一结果可能是由于分子与电极之间的耦合程度不同造成的。其次发现以Au为电极在中性和酸性条件下，这类分子的电导值几乎一致，表明吡啶类分子在酸性条件下是以去质子化的形式与电极键和的。
　　2、分别利用STM-BJ和ECSTM-BJ法现场构筑了Au-偶氮吡啶-Au和Cu-吡嗪-Cu单分子结电导并测量了其电导。结果表明这两个分子也都存在高、中、低三套电导值，且以Cu为电极的对吡嗪单分子结电导的初步研究结果比较复杂，有待进一步的实验及理论计算。
　　3、利用ECSTM-BJ法现场构筑Cu、Ag电极对三个分子对氨基苯腈、对苯二腈、联苯二甲腈的单分子结电导进行了研究。三个分子也表现出多套电导值，以高值为例其电导大小顺序为:对苯二腈＞对氨基苯腈＞联苯二甲腈。已有研究组报道对于Au电极非对称的锚定基团对单分子结电导具有负效应。根据初步得到的结果我们推断对于非Au电极不对称的锚定基团对单分子结电导也具有负效应。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 金属原子线的量子化电导

1．1．1 量子点接触电导的研究进展

1．2 金属-分子-金属结电导

1．2．1 分子电子学的研究内容

1．2．2 分子结电导的影响因素

1．2．3 单分子结电导的测量方法

1．3 本论文的研究内容及目的

第二章 实验

2．1 实验试剂

2．2 电解池和电极

2．2．1 电化学STM电解池

2．2．2 电极的制备和处理

2．3 仪器和实验方法

2．3．1 扫描隧道显微镜(STM)

2．3．2 电化学扫描隧道显微镜(ECSTM)

2．3．3 针尖的制备和绝缘包封

第三章 以Au、Ag、Cu为电极的吡啶类单分子结电导的测量

3．1 以Au、Ag、Cu为电极的吡啶类单分子结电导的测量

3．1．1 以Au为电极对BPY、BPY-EE、BPY-EA单分子结电导的测量

3．1．2 以Cu为电极对BPY、BPY-EE、BPY-EA单分子结电导的测量

3．1．3 以Ag为电极对BPY、BPY-EE、BPY-EA单分子结电导的测量

3．1．4 电极的影响

3．2 本章小结

第四章 其它小分子的单分子结的测量

4．1 自组装测量4，4’-偶氮吡啶单分子结电导

4．2 以Cu为电极测量吡嗪单分子结电导

4．2．1 以Cu为电极测量吡嗪单分子结电导

4．3 本章小结

第五章 不同锚定基团的单分子结电导的研究

5．1 以Cu为电极测量对氨基苯腈单分子结的电导

5．2 以Cu为电极测量对苯二腈和联苯二甲腈单分子结电导

5．2．1 以Cu为电极测量对苯二腈单分子结电导

5．2．2 以Cu为电极测量联苯二甲腈单分子结电导

5．3 以Ag为电极测量对苯二腈和联苯二甲腈单分子结电导

5．4 本章小结

参考文献

攻读学位期间发表论文

致谢

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