分子尺度量子態(tài)探測與調控的掃描隧道顯微學研究.pdf

1、單個原子和分子尺度上的物質的性質及相互作用其本質上是量子力學的。如何對分子尺度中的量子態(tài)進行有效地探測與調控,對于“從下而上”地構建全新概念的人造結構和功能器件并實現(xiàn)基于量子態(tài)操縱的信息科學而言具有重要的意義,也因此成為目前物質科學研究的前沿領域。
　　掃描隧道顯微鏡(STM)作為一種極為重要的科學研究工具,在物理、化學、材料、生物等學科領域中有非常廣泛的應用,在論文中,我們利用低溫超高真空STM研究了表面吸附的單個分子、原子與團

2、簇的電子態(tài)和量子態(tài)的探測與調控。
　　在第一章中,我們首先介紹了掃描隧道顯微學的基本理論和論文實驗部分所使用的低溫超高真空STM的結構與工作原理,并以單分子科學為例討論了掃描隧道顯微學對表面吸附體系的各種分析方法和研究手段。
　　在第二章中,我們利用STM操縱對吸附于Au表面的單個鈷酞菁分子實施選鍵化學反應,脫去其外圍配體苯環(huán)的氫原子并構造出新的人造分子結構,使其中心鈷離子表現(xiàn)出由于局域磁矩的恢復而導致的近藤效應,從而實現(xiàn)了

3、對其自旋態(tài)的調控?；诘谝恍栽淼睦碚撚嬎愫湍M驗證了實驗結果并給出了理論依據(jù)。我們還發(fā)現(xiàn)脫氫分子的自旋態(tài)受到其吸附環(huán)境的強烈調制,吸附在Au臺階處與平臺上的脫氫分子的近藤效應相比表現(xiàn)出顯著的不同。
　　在第三章中,我們使用STM并結合基于第一性原理的理論計算系統(tǒng)地研究了襯底溫度為室溫以及420 K下單個Ge原子在Si(111)-(7×7)表面的初期吸附形態(tài)。我們發(fā)現(xiàn)Ge原子的吸附在這兩種沉積條件下有著顯著的區(qū)別。襯底溫度為420

4、 K時,沉積到表面的Ge原子隨機地取代Si表面的頂戴原子。當襯底溫度為室溫時,沉積到表面的單個Ge原子并不取代Si頂戴原子,而是在表面(7×7)重構的半元胞內的特定吸附位之間擴散。
　　在第四章中,我們使用STM研究了Si(111)-(7×7)表面半元胞內自組裝Ag納米團簇的電子態(tài)及其輸運性質,發(fā)現(xiàn)這種Ag納米團簇的I-V特性表現(xiàn)出非常強的整流效應,其正偏壓導通電流與負偏壓漏電流的比值達到近40倍,且起源于一種新穎的整流機制。同時